关节臂坐标测量机的制作方法
关节臂坐标测量机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及根据权利要求1的一种关节臂坐标测量机以及根据权利要求12的一种操作关节臂坐标测量机的方法。
【背景技术】
[0002]本发明所涉及的技术领域是关节臂坐标测量机(也称为AACMM或CMM)，例如在US5402582，US6366831或W003069267中所公开的那些。这些装置包括:固定的底座、以及含有用关节连接的多个臂段。该关节使与底座相对的臂的可移动端具有可移动性，并且，在该可移动端处具有测量探针能够附接于其上的探头。臂的每一个关节都配备有传感器以确定该关节的位置信息，从而能够据此确定该臂的姿势，并且能够确定探头相对于底座的位置和取向。探头配备有至少一个，优选地为可替换的探头，其能够用于测量待检查的物体的点或区域。在测量过程中，操作者手动引导探头接近期望的测量点，并且，根据臂的姿势可以得到该测量点的几何坐标数据。
[0003]例如，在US6131299中，示出了这样的关节臂坐标测量机CMM配备有字母数字显示器、LED和按钮，它们位于CMM的可移动端的手柄附近。该显示器将臂的实际位置指示为代表三维坐标的数字值X、Y和Z。从而，操作者在使用探头测量工件的时候可以看到该坐标值。
[0004]除了关节臂之外，为了避免对高级主机和应用软件的需求，US5978748示出了安装在关节臂的可移动端上的用户界面和控制器，该控制器具有用于存储可执行程序和参考数据的存储器。从而，可以向用户提供指令(诸如，检查过程)，存储的CAD数据可以作为参考数据，并且可以立即完成对实际测量值和参考数据的比较。
[0005]US8276286示出了一种AACMM，其具有全集成测量控制器和显示器，该全集成测量控制器和显示器位于底座上，从而避免了与测量臂之间的碰撞。
[0006]US20120144685示出了一种AACMM，其中控制器和显示器位于底座上。该AACMM提供了用于执行该CMM的诊断或校准过程的图形用户界面。
[0007]集成在关节臂中的这些本地计算系统的问题在于，这种计算设备的使用寿命相当短，特别地比关节臂软件的使用寿命短很多。根据摩尔定律，在AACMM的一般使用寿命内，相对于软件的CPU和存储需求，硬件需求大幅度增加，而通常，AACMM的一般使用寿命远远大于普通计算机软件/硬件的使用寿命，因此，通常该计算单元必须先于测量机构被更换。臂内部智能一般不能够容易升级或替换。特别地，那些内部系统是专门设计的，其不能被多个选项替换。该专门设备也已知是比现成的PC硬件更贵。此外，使用内部系统，使用者与臂制造商绑定以进行任何升级或者甚至是软件更新，这就是为什么要提供一种使用标准计算机和相应的软件的方案，该标准计算机和相应的软件可以采用来自很多供应商，或可以从普通商店买到，或从因特网下载的产品进行替换和升级。单纯的计算机通信接口(诸如USB、以太网、RS232……)已知具有更长的寿命，并且通常是向后兼容的或是可以升级的。
[0008]这些现有技术的设计的另一个缺点在于，在使用AACMM进行测量的期间，在外部计算机上提供的测量信息对于操作者而言并不总是直接可见的。特别地，不熟练的操作者通常需要针对要进行哪些测量步骤和如何优选地以有效的序列接近所有期望测量点的指导，因此在现有技术中提供了一种独立的测量协议文件。在一些现有技术中可能有显示器，其示出由该机器所确定的原始坐标数据，但是对于无经验的操作者来说，此信息通常是相当无用的。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的一个目的在于改进AACMM，从而提高其对于操作者的可用性，特别是使其更直观，并且避免错误测量和/或对AACMM的损害。特别地，本发明的一个目的是，允许操作者在工作中完全集中于他所引导的探头，而不必离开工作查看构造或指导说明。
[0010]本发明的另一个目的是向操作者提供用户指导，优选地是如下的指导，利用操作者在测量任务期间总是面对该指导，并且该指导能够提供测量进程、关键性结果和警告等的在线反馈。
[0011]本发明的一个目的是简化对期望测量点的识别，并且使导航至要测量的复杂物体处的这些测量点变得简单，并且/或者通过优化要接近的点之间的路径规划来加速测量。
[0012]本发明的另一个目的是确保测量质量，并且避免操作者需要具有要测量的物体的知识或如何测量特定的特征的知识，并且在不得不测量的物体的多种情况时，确保每次测量都以相同的方式完成。
[0013]这些目的是通过实现独立权利要求中的特征来实现的。在独立权利要求中描述了以另选的或有利的方式进一步发展本发明的特征。
[0014]根据本发明，关节臂包括显示单元，该显示单元位于探头的附近，例如在臂的可移动端的一个末尾臂段上的旋转把手处、在用于臂移动的把手处或者在探头本身处一一特别地当光学扫描装置被用作探头的时候。优选地，该显示单元以这样的方式被包括，使得其提供的图形信息在靠近测量期间眼睛所看的位置处，通常是在靠近臂的可移动端处的探针端部处被提供给操作者。因此，操作者在测量期间将总是能够看见显示器一一不同于在现有技术中，被适配在底座上的显示器在测量期间经常会被要测量的工件、关节臂或者操作者遮挡。
[0015]在一种实施方式中，显示单元可以包括图形屏幕，用于显示基于像素光栅的图形项目。显示单元与臂之间的附接可以是可移动的或可摆动的，以便可被调节到操作者最方便的视角，或者克服操作者视野中的障碍，或者克服由于显示器与要测量的物体或其所附接的臂之间的冲突所造成的探头移动性的障碍。显示单元也可以配备有确保在显示单元上所示出的信息总是保持水平的手段，例如利用重力保持显示器本身竖直的机械装置，或者根据来自重力或水平传感器的数据来旋转显示器所显示的图像信息的电子手段。
[0016]该显示单元还可以是可拆卸的，这能够例如允许操作者根据其方便或根据要测量的物体的类型，来将显示单元放在臂的可移动端处的上述位置中的任一位置。所述显示单元还可以被完全整合到探头中，到可移动端处的臂段中，或者到臂的可移动端处的把手中。
[0017]在另一种实施方式中，显示单元可以包括用于图形信息的投影仪，该投影仪被构造为将图形信息投影到要测量的物体上，或投影在实际测量的附近，例如，投影到实际测量点旁边的测量台上。
[0018]在又一种实施方式中，显示单元可附接至操作者本身，例如，附接到操作者的前臂，从而所示出的信息的视图不会受到操作者手腕的位置的影响，或者例如，附接到操作者的头部，如平视(head-up)显示器、包括微型屏幕或投影设备以将图形信息叠加到操作者的视野中的虚拟现实眼镜(例如，像已知的谷歌眼镜那样的显示单元)。
[0019]显示单元可以由导线通过关节处的集流环(slip ring)供电，或者通过关节处的变压器传输进行无线供电，或者使用电池供电。另一个选择(同样与电池结合)是利用操作者的臂活动时所获得的能量来产生电力，以在操作期间向显示器单元提供动力。
[0020]可以使用沿着臂的有线通信和/或无线通信，如无线网络(诸如WiF1、蓝牙等)来进行显示装置与臂的位置测量单元和/或外部计算装置之间的通信。
[0021]显示单元通常包括某种计算单元，该计算单元可以在如下范围内变化:从显示图像的基本计算电路到强大的图形处理单元(GUP)和/或微控制器、DSP、FPGA或ASIC。对于使用根据本发明的关节臂进行测量，可以利用控制器或者工控计算机或个人计算机来完成主要的计算能力，该控制器或者工控计算机或个人计算机位于或靠近该关节臂的固定底座处，或者远离该臂，这提供了如下的优点:简单的可替换性和可升级性，并且能够有助于避免发热问题。在情况中的显示单元只处理用于与主计算机通信的基本的计算，并据此提供图形输出一一可以这么说，该显示单元是运行主要应用的外部计算装置的远程用户界面。在另一种实施方式中，显示单元还包括强大的计算能力(例如，类似于用在智能手机、平板计算机等中的片上系统(SOC))，其允许处理坐标测量机器中所要求的实时计算。
[0022]被包括在臂的可移动端处，特别地被包括在显示单元处的相机可以用于将工件的CAD与来自相机的实际图像进行叠加，以在测量过程中指导操作者，并且/或者显示物体的几何特征与该几何特征的实时期望值相比较的偏差。
[0023]例如，安装在臂的可移动端处的显示单元能够拍摄物体的图片或影片，该显示器上安装有相机并且相机朝向该物体的方向取向，特别地，其中，相机的视野覆盖了探头能够收集测量值的区域。然后，该显示器能够向用户示出扩充了的实际内容，包括由与该测量任务有关的图形信息所叠加的相机图像的至少部分，例如，测量结果能够被直接显示在探头所测量的点或区域附近。从而，操作者不再需要直接查看探头的针尖，而可以通过该显示单元所示出的扩充了的实际图像来观察其测量。例如，下一个期望测量点，或接近它的方向和/或最新的测量结果也能够立即被示出给操作者。所扩充的视图还允许使用附加功能(诸如放大)，来准确地接近期望测量点。该缩放能够通过手动和/或动态缩放来控制，这取决于，例如，要测量的期望目标特征和/或探头与期望测量点或区域之间的实际偏差。在测量信息的此类扩充视图的另一种实施方式中，显示单元在其默认状态下还可以是透明的，使得操作者能够透过显示器看到物体，并且图形信息通过显示器而被叠加到该视图上，从而可以省去拍摄物体的相机。
[0024]显示单元也能够包括如下单元，该单元能够跟踪操作者的眼睛或头部，以识别操作者当前对显示单元的视野，并且相应地采用所示出的信息和/或相机图像，从而，操作者如同在没有显示单元的时候他所自然地期望的那样，来观察物体和扩充的信息。本段中的操作者跟踪选项也能够被开启或关闭，这取决于其对于操作者所面对的测量任务的可用性。
[0025]为了与测量机器的互动，显示单元可以包括触摸传感器设备或非接触式传感器设备(诸如触摸屏幕、手势识别、近程传感器等)，以探测操作者与由显示器所提供的信息之间的互动。
[0026]显示单元所提供的信息可以包括很多种图形项目，例如:指示测量值的图形信息和/或字母数字信息、在整个测量过程中指导操作者的信息、关于与期望的测量结果状态之间的偏差的信息、对已经测量的点或区域或者在测量过程中的下一个点或区域的指示、或者臂要以有效方式从探头的当前位置接近下一个点或区域的预期移动，显示警告、显示提示以及关于测量的当前的精确度的信息，等等。
[0027]此外或另选地，位于探头附近的 显示单元也能够提供物体的CAD数据的叠加，作为与来自同样位于探头附近的相机的该物体的真实图像相结合的期望数据。叠加的CAD数据可以被示出为渲染的3D视图，并且，例如，根据该物体相对于臂(或分别相对于臂部的相机)的已知位置或者根据该物体处的一些参考点的测量值，与该物体的实际视图相配合。叠加的CAD数据还可以用以下形式示出:半透明的结构(textured)视图、线框视图(有或没有隐藏的边界或特征)、外尺寸、该物体的尺寸标注、和/或从技术图纸中获得的测量值，特别地，具有或者没有关于准确度、容差、偏差等的附加信息。
[0028]除了此类与测量直接相关的信息之外，显示单元也能够示出测量机器的图形用户界面，例如，提供用于特定特征的测量程序或模式的选择、像重复测量和存储测量这样的功能、或者是从外部个人计算机接口的测量软件中得知的其他功能。在执行用于测量物体的存储部分程序的情况下，扩充的实际状况也能够显示箭头，以向用户示出他需要向哪个方向移动探头以抵达下一个点--当下一个点不在由显示单元所示出的视图内；或者也能够在所示出的视图内的下一个点处显示标记一一如果下一个点在视图内。
[0029]在探头处或在其附近，显示单元也能够，例如，通过在使用在显示单元的背面的LED来示出该物体的转向照明。在探头处使用线激光传感器或RIM相机的情况下，已扫描的表面上的信息可以被显示为扩充的实际状况。从而，操作者优选地在测量中实时第能够获知缺少的区域，或在某个区域中的不足的点密度。
[0030]在本发明的另一种实施方式中，显示单元可以被实现为:例如，基于有机发光二极管(OLED)或电子墨水(E-1nk)科技的可折叠显示器(也称作柔性显示器)，其可以被卷起来或者甚至是被折叠而不损坏。例如，该显示器能够被卷起来并存放在臂的段中，优选地，在靠近探头的臂的末尾段的一个中，或者在探头中。然后，用户可以将显示器从臂中拉出，将其展开，这样就可以在工作期间使用该显示器，然后，当不使用显示器时，可以将显示器卷进其保护外壳中。然后，该铺开的或展开的显示器可以通过一些支撑结构(诸如支柱、可拆卸或可折叠的杆等)被放在、保持在并维持在适当的位置。该显示器的支撑物例如也可以是柔性的或可塑性变形的，例如，像鹅颈管等。因此，该显示器能够以高度适应性来适应于用户对当前测量任务的需求。该可折叠显示器能够例如还被包裹其之前的外壳的至少部分周围，并且暂时固定于其上。因此，当臂被移动，或者当不使用显示器，或者当前任务不需要显示器时，该显示器不会受到损坏。
[0031]本发明使之成为可能的测量选项的其他实施方式也将在以下【附图说明】中示出。
[0032]换句话说，本发明涉及用于测量物体的几何特征的关节臂坐标测量机(AACMM)。该AACMM包括:关节臂的固定端，其与该关节臂的可移动端相对，其中该可移动端可被人类操作者手动移动。测量探头可附接至该可移动端，优选地，该测量探头包括可替换的头部，其允许更换磨损的探头，和/或使用适用于完成当前测量任务的不同探头。该AACMM还包括供操作者查看的图形显示单元。该图形显示单元位于关节臂的可移动端处，特别地在探头的附近，使得在测量期间由所述显示单元提供的信息对操作者可见。这意味着，在工作期间，当用手引导探头的操作者看向他所引导的探头时，可以观察该显示单元。
[0033]根据本发明的显示单元被构造用以提供人工视图，在工作期间，该人工视图图示地示出该物体的至少一部分。特别地，所提供的人工视图能够针对来自臂的可移动端或靠近臂的可移动端处的视点来显示，例如，该人工视图可以类似于该物体的操作者自然视图。在此人工视图中，通过叠加一个或多个指示图形元素，要测量的物体的至少一个期望点或区域被图示地标记在该人工视图上。
[0034]因此，本发明还涉及通过关节臂坐标测量机(AACMM)来测量物体的几何特征的方法，该关节臂坐标测机具有被人类操作者手动移动的关节臂的可移动端。该可移动端包括测量探头和附接在该探头附近的显示单元。该方法包括如下步骤:
[0035].计算人工视图，该人工视图图示地表示该物体的至少一部分，其中对人工视图的计算可以通过如下方式完成:处理来自在探头附近的相机的相机图片；和/或例如根据该物体的CAD数据渲染该物体的数字模型；
[0036].取决于臂的相对于物体的姿势来调整人工视图，特别地，其中根据臂的位置传感器，特别地针对来自于臂的可移动端或其附近的视点来确定该姿势，优选地，其中该人工视图与该物体的操作者自然视图类似；
[0037].将一个或多个指示图形元素叠加至该人工视图，用于图示地指示要测量的物体的至少一个期望点或区域，特别地其中在该物体的人工视图上的、这些图形元素的相应位置处完成元素的叠加；
[0038].通过显示单元在探头附近向操作者提供人工视图和指示图形元素，使得在测量期间该人工视图对操作者可见。
[0039]其中，所叠加的指示图形元素的指示能够向操作者提供用户指导，特别地，指导操作者定位物体上的期望点或区域并且利用探头接近它，并且/或者提供与该探头之前已经接近的该物体的点、区域或几何特征有关的几何信息。
[0040]此外，能够完成由显示单元所表示的人工视图的动态缩放，其取决于从探头到物体的期望点或区域的距离。其中，如果该距离更远则该人工视图具有缩小的比例，比较而言如果该距离更近则该人工视图具有增大的比例。从而，可以基于由AACMM所确定的坐标数据来计算该距离。
[0041]前述的方法，或前述方法的一部分还能够被实施为计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在机器可读介质上的程序代码。除了被提供在本地介质上以外，其也可以是被实施为电磁波的计算机数据信号。该计算机程序产品被构造为用于生成要测量的物体的人工视图，并且通过在AACMM的探头附近的显示单元来提供要测量的物体的人工视图。其中，该人工视图被调整为与操作者手动引导AACMM的探头的物体视图类似，并且该人工视图被指示图形元素叠加，以向操作者提供用户指导。其中，该人工视图可以包括计算机渲染3D视图和/或由探头附近的相机拍摄的图片。优选地，该人工视图能够在该探头的移动时进行实时更新。
[0042]该方法(或者方法的涉及计算的至少这些部分)，也能够被实施为存储在机器可读介质上的计算机程序产品，或者被实施为电磁波(诸如有线数据信号或无线数据信号)。因此，本发明还涉及一种AACMM系统，该AACMM系统包括:在探头附近的显示单元；和被构造用以运行计算机程序的计算设备，该计算设备在有或者没有计算机程序的情况下都提供根据本发明的功能。
【附图说明】
[0043]以下参考以附图方式示意性示出的工作示例，仅通过示例来更具体地描述根据本发明的装置、方法和设置。具体地:
[0044]图1a示出了根据本发明的AACMM的第一种实施方式的示例，其具有接触触发式探头;
[0045]图1b示出了根据本发明的AACMM的第二种实施方式的示例，其具有非接触式探头;
[0046]图2示出了根据本发明的AACMM的第三种实施方式的示例；
[0047]图3a示出了根据本发明的AACMM的第四种实施方式的示例，该AACMM的探头上附接有显示单元；
[0048]图3b示出了根据本发明的AACMM的第五种实施方式的示例，该AACMM的可移动端的臂段附接有显示单元；
[0049]图4a示出了根据本发明的AACMM的第六种实施方式的示例，该AACMM的可移动端的臂段附接有显示单元；
[0050]图4b示出了根据本发明的AACMM的第七种实施方式的示例，该AACMM的可移动端的臂段附接有显示单元；
[0051]图4c示出了根据本发明的AACMM的第八种实施方式的示例，该AACMM的可移动端的壁段附接有显示单元；
[0052]图5不出了使用根据本发明的AACMM进行测量的第一种工作不例；
[0053]图6示出了使用根据本发明的AACMM进行测量的第二种工作示例；
[0054]图7不出了使用根据本发明的AACMM进行测量的第三种工作不例；
[0055]图8示出了使用根据本发明的关节臂坐标测量机进行测量的第一种示例；
[0056]图9示出了使用根据本发明的关节臂坐标测量机进行测量的第二种示例。
【具体实施方式】
[0057]以下附图的图示不应被认为是按比例绘制的。在适当的情况下，同样的标号被用于同样的特征或者具有类似功能的特征。标号的不同索引被用于对被示例性示出的特征的不同的实施方式进行区分。
[0058]图1a例示了根据本发明的关节臂坐标测量机(AACMM)I的实施方式的示例。该AACMM具有底座2，底座2在测量期间是固定的。整个AACMM I可以被实现为在测量物之间是可移动的，或者被实现为永久安装在某个位置(诸如测量台、工厂大厅等)。
[0059]该关节臂的可移动端18 (其与AACMM I的固定端2相对)可以被手动移动。可动性是由沿着该臂的多个关节7来提供的，每一个关节提供至少一个自由度。各个实施方式中的这些关节7的数量和类型各不相同。此处所示的示例的关节7具有五个枢轴关节和三个线性引导的拉拔物(pullout)。该可移动端18可以被此处未示出的人类操作者，例如，借助于某种手柄、把手或其他把手元件6来手动地移动。探头3被永久的或可拆卸地附接至可移动?而18。
[0060]该探头3被用于测量，例如，通过本附图中所示的接触触发式探头3a。为了进行测量，操作者利用接触触发式探头3a靠近期望测量点，并且，当探头3a将要触碰到要测量的物体表面上的期望点时，探头3a启动或触发对位置信息的捕捉，该位置信息被臂I的关节7处的位置传感器收集。
[0061]臂的可移动端18还包括显示单元4，用于向臂I的操作者提供人工视图(artificial view)。该人工视图图示地示出了要测量的物体的至少一部分，并被至少一个指示图形元素叠加。该指示图形元素，例如，示出该物体的人工视图上的期望点、线或区域，其指示要测量的和/或已经测量的物体的位置。通过那些图形指示，操作者能够获知测量的进展和/或接下来的测量任务，从而能够通过该测量过程中接受进行用户指导(user-guided)。
[0062]操作者也能够通过该指示图形元素获知测量结果。例如，显示单元4能够提供关于如何测量物体的期望几何特征的信息一一例如，以逐步或逐点的序列测量要被探头3测量的区域、点或线。在操作者执行此序列之后， 或者甚至是当操作者正在执行此序列时，显示单元4能够提供关于测量结果的信息，例如，尺寸值和尺寸线的指示、图形和/或字母数字指示被示出在对应于实际物体上的位置的人工视图上的位置上。这使得操作者更容易理解其测量，因为，特别地，在测量期间位于臂的可移动端18处的显示单元4的人工视图总是在看见操作者的视野中，并且操作者不必从探头3处抬头查看，以检查其序列或测量结果是否正确，或查看下一步是什么。操作者可以将全部注意力放在其用手引导的探头3上。
[0063]在很多情况下，要测量的物体的(期望)几何结构之前已经例如以CAD数据或其他结构图的形式被获知。通常，要被AACMM测量的几何特征已经被事先获知，例如，根据预定的质量管理协议。从而，根据本发明的指示图形元素不仅能够提供纯数值坐标数据，还能够提供期望数值与实际测量数据之间的直接比较。例如，如果测量的几何特征在期望值的规定容错范围内，则可以使用简单的检查标记对其进行标记，或者用绿色进行指示等。另一方面，可以，例如，用红色，闪烁等方式直接将超出范围的测量值指示在人工视图上，并且，根据任务，与期望值之间的偏差的值也可以被显示。因此，例如，这可以避免让无经验的操作者面对大量(在他看来也许毫无意义)的数值，并且在当前测量阶段可以仅提供重要信息。
[0064]由于测量序列能够例如通过设计工程师和/或质量保证处而事先限定，所以操作者在测量或技术制图领域等方面不必技艺高超，但是却能够简单地遵循就在他前面的显示单元4所示出的用户指导，该用户指导能够，例如，逐步指示该做什么以及如何利用探头处的探针接近期望点，以对期望几何特征进行测量。根据本发明，不仅能向操作者提供一个尺寸测量接另一个尺寸测量的逻辑序列，还能够提供基于测量时间或探头要经过的途径的最佳序列。例如，要测量的点的顺序遵循探头要经过的最短整体路径，该最短整体路径可以通过与来自车辆导航系统中的地图导航算法类似的导航方法来自动识别，因此，后续测量点实际上是否属于不同的物理测量结果并不重要一一像是测量物体的一端的所有点，随后测量另一端的所有点，而不考虑期望尺寸实际上是从一端到另一端的多个测量。
[0065]在特定实施方式中，用户指导系统也能够根据臂位置测量系统来识别所靠近的测量点与期望测量点之间的偏差，并且能够在线决定所得测量结果是否像是有效的或是可信的，或者该测量是否需要被重复一一这两者都可以通过显示单元4指示。例如，如果在测量开始的时候物体的位置是未知的，则可以引导操作者首先用探头3接近物体的一些特定位置，根据该特定位置可以建立该物体相对于AACMM I的底座2的几何参考。
[0066]图1b示出了类似于图1中的设置的设置，但是此示例中的探头3包括非接触式探针，例如，光学探针、电容传感器、激光扫描装置、RM相机、干涉仪等。同样地，显示单元4还位于探头3的附近，但此时，显示单元4附接至探头3本身，而不是附接于AACMM I的可移动端18的末尾段中一个。
[0067]探头3被用于测量，例如，通过本附图中所示的测量探针3b进行测量。为了进行测量，操作者利用探头3接近期望测量点或区域，其中探针与要测量的物体之间没有物理接触。探针3b能够量化物体的接近度，该信息与由在关节7处的位置传感器所确定的臂的姿势相结合，以得出测量值。
[0068]显示单元4以这样的方式构成，使得其在测量期间停留在操作者的视野内，这意味着当操作者移动探头3以接近该物体的不同测量位置的时候，显示单元4会跟随这些运动，从而在测量过程中保持在引导探头3的操作者的视野中。
[0069]图2示出了另一种AACMM I设置，大部分类似于之前所描述的那些。该AACMM I包括由关节连接的多个臂段，这些臂段配备有位置编码器，用于确定臂的姿势，以及基于该姿势的探头测量范围的位置坐标。此示例还示出了要测量的物体5，该物体几何特征必须通过该AACMM I来得到。这些几何特征是根据探头的类型，通过使用探头3进行测量来得到的，并且能够通过该探头所勘察的至少一个点或表面来确定，因此，知道不同的测量技术，例如，前文已经概述了其中一些。
[0070]换句话再描述一遍，本发明的实施方式可以涉及一种用于测量物体5的三维关节臂坐标测量机(AACMM) I系统。其包括底座2和可以手动定位的关节臂I。该关节臂I具有第一端18，该第一端18可以被操作者致动，并且与旋转地连接至底座2的第二端相对。关节臂I包括用关节7连接的多个臂段，每个关节都对应于至少一个自由度，使得每个臂段在选定的体积内是可移动的。每个关节7包括至少一个位置编码器，用于确定与该关节7的实际位置相对应的位置信号。根据所有的这些位置的组合，可以确定臂的实际姿势，并且知道探头3相对于底座2的位置和取向。在关节7处的位置编码器能够例如被实现为:绝对或相对编码的光学编码器系统。
[0071]如前所述，该AACMM I还包括探头3，用于建立和/或维持与要测量的物体5的表面的接触或非接触测量连接。特别地，该探头3可以是接触式探头3a或者激光线探头(LLP) 3b ο该探头3能够被永久地或者可拆卸地附接到第一端18。该AACMMl还包括从位置编码器接收位置信号的电路，从而可以确定探头3的三维位置坐标。该电路包括用于存储数据的电子存储单元，并包括用于接收、处理和发送数据的处理器单元。在电子存储单元中可以存储:关于物体5的先前已知的数据，例如，包括:图形数据、标称尺寸数据以及与要测量的物体的点和/或区域有关的数据、CAD数据文件、以及与物体5相对于AACMM的预定的或已经测量的位置和/或取向有关的数据。
[0072]在关节臂I上接近其第一端处18安装有显示装置或显示单元4。显示装置4能够接收数据、并且通过一个或多个指示图形元素向操作者提供可视信息。处理器单元处理之前已知的数据的至少一部分，从而生成表现物体5的至少一部分的、至少一个2D和/或3D模型和/或图片，该模型和/或图片然而通过显示单元4来提供。由此生成的所述至少一个2D和/或3D模型和/或图片优选地如下的视角来表现物体5的至少一部分:从臂I的第一端18或其附近朝向物体5或物体5的被表现的部分。从而，物体5的至少一部分的人工视图被提供给致动第一端18的操作者，该人工视图通过相似性与操作者对于物体5的实际或自然的视图链接。
[0073]要被采用的、物体5的至少一个测量点和/或区域通过一个或多个人工指示图形元素来被图示地叠加地标记在人工视图上。该图形元素可以是几何形状，如，点和/或线、十字线、彩色区域、箭头、阴影、框、符号、和/或工作台、AACMM KAACMMl的探头3或探头3的一部分的符号化象征。因此，所述至少一个2D和/或3D模型和/或图片用作可视用户指导信息，这使操作者能够致动第一端以识别物体5上的要被采用的物体的测量点和/或区域，例如，通过与包括至少一个2D和/或3D模型和/或图片的所提供的人工视图进行比较，所述至少一个2D和/或3D模型和/或图片类似于用指示图形元素扩充的操作者对该物体的实际视图。该指示支持操作者使用探头3，来建立与物体5的要被采用的该期望测量点和/或区域之间的测量连接。该指示显然还可以包括尺寸信息，特别地相对于在当前测量任务期间由操作者预先采用的物体的至少一个测量点、特征和/或区域。
[0074]由在臂I的可移动端18处的显示单元4可视地提供给操作者的信息可以特别地包括:警告消息、关于AACMM I的操作状态的信息、和/或关于当前测量准确度的信息、和/或关于测量结果与标称数据之间的偏差的信息。在实施方式中，所述一个或多个人工指示图形元素也可以是动态的，例如指示方向，其中臂I的第一端18被移动以观察期望测量点和/或区域。
[0075]所生成的2D和/或3D模型和/或图片可以通过显示装置而被显示为:优选地实时更新的系列图片，例如数字电影。除了指示图形元素之外，还可以有:例如由包含在该AACMM系统中的扬声器单元提供的声音用户指导信息，其优选地也靠近操作者所在的臂I的可移动端18。
[0076]为了确定物体5的至少一个测量点和/或区域和/或物体5的更复杂的几何特征(例如，半径、角度、多边形形状等)的测量，处理器可以基于存储在电子存储单元中的算法，来处理之前已知的或由外部存储单元提供的数据。从而，该AACMM系统还可以包括无线或有线通信单元，用于向外部数据服务发送数据或者从外部数据服务接收数据，该外部数据服务例如是网络服务器或云服务器，或者可以自己提供服务器功能。
[0077]显示单元4 (在此其被实现为图形屏幕)向操作者提供用户指导，以便完成期望测量以确定物体5的期望几何特征。特别地，此处所示的显示装置4可以是用于表现图形数据的图形显示器，其具有至少640x480像素，优选地具有800x600像素或更高像素的图形显示分辨率，并且具有至少8位，特别地16位或更高的图像色彩深度。用于此类显示屏幕的技术的示例可以是:液晶显示器(LCD)、薄膜晶体管(TFT)显示器、诸如有机发光二极管(OLED)显示器这样的有机电致发光显示器、晶体发光二极管(CLED)显示器、诸如等离子体寻址液晶(PALC)显示器或等离子体显示面板(TOP)这样的等离子体显示器、或者诸如场发射显示器(FED)、电子墨水显示器这样的电子发射显示器等。如以下将进一步明确示出的，显示单元4还可以被实现为可折叠显示装置。
[0078]图3a和图3b示出了根据本发明的AACMM I的一些其他实施方式。
[0079]在这些附图中示出的显示单元4被实现为屏幕，该屏幕在所显示的图像的右侧配备有附加控制元件，操作者利用该附加控制元件能够与用于确定物体4的几何特征的测量软件互动。另选地，该互动也可以通过语音识别来完成，其中来自操作者的声音命令被相应的计算单元识别，并由测量软件来执行相应的命令，例如，用于控制测量过程，就像之前用按钮完成或在计算机屏幕的图形软件界面上完成的那样。
[0080]在图3a中，显示单元4位于探头3处，然而在图3b中，显示单元4位于臂I的探头端前面的末尾臂段8中的一个处。
[0081 ] 图4a，图4b和图4c示出了根据本发明的实施方式，其中显示单元4被实现为可弯曲的屏幕。在子图4a中，当不使用时，可折叠显示单元4时可以被卷起来并存放在臂I的可移动端处的段中，当使用时，可以将可折叠显示单元4拉出并用一些支撑物44固定。
[0082]在子图4b中，当不使用时，可折叠显示单元4可以被存放在探头3中。在一种特定的实施方式中，在折叠显示单元4被存放的位置中有透明视窗45，其允许看到折叠显示单元4的至少一部分 。因此，所存放的显示单元4还能够通过在其被存放的位置的视窗45向操作者提供一些基本的图形指示，而如果操作者希望看到更多信息，他可以将显示单元展开。驱动显示单元4的计算设备能够探测显示单元4的取出，并相应地采用所显示的内容。
[0083]在子图4b中，可折叠显示单元4能够存放在臂I的靠近探头的一部分中，当被抽出来是，其可以包裹在存放其的臂部的至少一部分周围。在另一个实施方式中，显示单元4的灵活性可以被用于首先将其形状采用为其所附接的AACMM部分的形状，然后被以这个形状和位置固定地安装。可选地，可以用透明保护盖覆盖显示器来避免损害。
[0084]在图5中只示出了 AACMM I的一部分，该AACMM I配备有显示单元4的一个实施方式。在此示例中，要测量的物体5被示出为车辆。显示单元4a包括屏幕部和用于用户互动的输入部12。在另一种实施方式中，该输入部也可以通过触摸屏幕或者其他已知的输入设备来实现。显示单元4的屏幕部示出物体5的计算机渲染人工视图10。该计算机渲染人工视图可以是线框视图、纹理结构视图、虚拟现实视图等，并且可以根据该物体的已知数据来生成，所述已知数据例如为:CAD数据、制造数据、3D模型、3D点云、之前由计算机生成或采用的多个2D图片等。
[0085]由此可见，由显示单元4a示出的人工视图的所示出的实例只表现了物体5的一部分。此处所示的所示出的人工视图10被以这样的方式生成，使得从这样的视角示出物体5的一部分，该视角类似于手持探头3的手柄6的操作者观看物体5的时候所看到的视角。为了确定生成所示出的人工视图10的视点，对此负责的计算设备能够评估臂的实际姿势。如果探头3移动，则人工视图10可以被相应地重新生成。在一种更进一步的实施方式中，对操作者，特别地他的眼睛、脸、头部或相对于显示单元4的标记物的跟踪也能够被确定，以便更准确地将人工视图应用于用户视图，但是通常不需要将人工视图高度精确地应用于实际视图，因为只要提供了基本相似点，操作者就会能够提取此视图。
[0086]物体5的所示出的人工视图10被指示图形元素11覆盖，该指示图形元素11能够例如向操作者提供关于测量过程的信息、用户指导或其他信息。在所示的示例中，示出了指示图形信息以指示探头要接近的期望测量点(用虚线显示)以及已经测量的点(用实线显示)。作为用户指导的示例，如果下一个期望点不在人工视图10的范围内，则能够例如通过闪烁或通过箭头指示到达下一个点所需的运动，来显示下一个期望点。如果对已经测量的点和期望值进行在线比较，则可以用色彩进行指示，例如，绿色代表尺寸数据没有问题，而红色代表尺寸数据超出容错范围。根据本发明的指示图形元素11还能够指示相较于单个点来说该物体的更复杂的几何数据。例如，复杂的几何特征的这种图形指示可以是直径、半径、尺寸线、角度或其他几何特征。
[0087]根据探头到要测量的物体或目标区域的距离，所示的人工视图能够例如被动态缩放。如果测量目标在远处，则将通过在缩小的人工视图中示出该物体的更大部分来提供粗略的用户指导。如果下一个期望点不在人工视图10的范围内，则也能够代替上述箭头的指示而使用人工视图的这种缩放。在探头接近目标的过程中，通过在放大的人工视图中示出该物体的更小部分而细化这种粗略的用户指导。优选地，前述的动态缩放将根据探头的位置信息和要测量的目标而自动地通过计算设备来完成，但是该人工视图也能够具有可以由操作者操作的手动缩放功能。
[0088]图6示出了与图4中的视图相似的视图，但是在这个实施方式中，臂的可移动端配备有相机，该相机的视野被引导朝向要测量的物体5，用于拍摄探头3所接近的目标物体的至少一部分的2D(或3D)图像。该相机的视野22是用虚线指示的。该相机可以位于探头处、臂的可移动端处或显示单元(其背面)处，其中该相机的视野10优选地涵盖探头3的测量范围。该相机被构造用以拍摄这样的图像，该图像包括用于探头处的显示单元4所示出的人工视图的数据。在所示实施方式中，显示单元4被实现为屏幕4a，其向操作者示出由相机拍摄的图片的至少一部分作为人工视图10b，该人工视图被指示图形元素11 (例如，如在其他实施方式中所描述的)叠加。
[0089]在所有实施方式中，也可以这样实施，使得由显示装置4所示出的人工视图10和/或叠加的元素11总是被大体上水平地被示出。作为实现这一目的的示例，可以优选地利用重力，将显示单元4构造和/或附接为总是保持大体上是竖直的，或者例如，根据重力传感器或臂的姿势的测量数据，通过计算设备将所示出的视图和/或叠加的元素数字地旋转。
[0090]所示出的人工视图10也可以是如下各项的组合:相机图片；和根据该物体的数字2D和/或3D模型所计算出的渲染图形数据，优选地，其中该相机和/或该渲染的数据的视图被采用为它们的视图是匹配。根据应用于该图片的图像处理数字技术(诸如，边缘提取……)和/或基于该相机的视点能够根据臂的姿势来确定的事实，这种匹配能够被确定。例如，显示单元能够示出来自相机的图片的一部分，其在叠加的线框表示中由从CAD数据植染的物体的轮廓扩充，并进一步被指示图形元素11叠加，例如，包括从边缘到边缘的尺寸线以及用探头3接近的一个或多个点或区域，以便测量该几何特征。
[0091]相机或臂I的可移动端18也可以包括用于相机视野的照明。
[0092]在实施方式中，该相机可以被设置在显示器屏幕的背后，以这种方式来拍摄图片，其视野类似于当屏幕不存在时屏幕观察者所看到的视野。该图片以这样的方式显示在屏幕上，使得观察者能够通过屏幕对图片进行观察，除了所示出的人工视图被根据本发明的指示图形元素叠加之外。叠加在图像上的信息被示出在图片中的与该信息所涉及的物体的位置相对应的位置处。由于整个系统是坐标测量机器，所显示的信息能够特别地代表该物体的几何特征，特别地，该物体的期望测量点或已经采用的测量点、尺寸或区域。
[0093]在特定的实施方式中，显示单元4包括透明的屏幕，其允许用户透过屏幕进行观察，就像透过窗户一样，但是其视野可以被指示图形元素叠加。从而可以省去相机的使用。
[0094]图7示出了根据本发明的示例性实施方式，其中在AACMM I的可移动端18处的显示单元4被实现为投影仪，该投影仪指向的范围包括探头3的测量范围。在本实施方式中，显示单元4可以例如是:基于可视激光束的快速偏转以在目标处形成指示元素的投影设备，也可以是例如LCD投影仪、DLP投影仪或激光投影仪，或者其他投影技术。
[0095]在本实施方式中，显示单元4b直接将指示图形元素lla、llb和Ilc的叠加物(例如，用于用户指导信息、测量信息、AACMM的操作状态……)投射至目标物体5自身或其附近，例如，在测量台上的物体的被测量特征附近。其中，所投射的信息能够根据AACMM的姿势被采用，以便在臂I的可移动端18的移动过程中保持投影稳定，并且优选地竖直。此处所示的指示图形元素11包括:
[0096]元素Ila--表示要测量的点或区域，
[0097]元素Ilb—一表示在其期望几何值的容错范围内的已经测量的点，和可选的指示文本元素，
[0098]元素Ilc一一表示超出其期望几何值的容错范围的已经测量的点，和与期望值之间的偏差的可选指示文本。
[0099]为了不让操作者感到困惑，有利的是:把示出的指示图形元素11的数量减少到用户指导所要求的必要的最小量。所提供的显示视图和用户指导的步骤能够例如被预处理为计算机程序或配置文件。
[0100]图8示出了根据本发明的另一种实施方式的示意图，其中解释了根据本发明的对几何特征的测量，特别地，参考类似于图4中的实施方式的AACMM的实施方式。
[0101]在该附图的上半部分，AACMM的可移动端18被示出为具有探头3和显示单元4的一种实施方式。根据CAD数据30，要测量的物体5的期望几何数据是已知的，并且质量管理处也提供了与这些要被检查的图形特征和如何通过AACMM I来最好地完成检查有关的信息33。
[0102]根据CAD数据30，计算设备32可以渲染物体5的图形表示，作为从CAD数据渲染的人工视图31—一也如41中所示。根据由AACMM I所提供的坐标信息9，计算设备32优选地实时计算该渲染的人工视图31，使得其对应于从探头3或显示单元4附近的视角而看到的该物体的真实视图。计算设备32在此处被示出为AACMM外部计算机，其在可升级性方面具有优势，只不过显示单元4和AACMM测量系统的接口必须是可兼容的，但是另选地，该计算设备或其一部分也能够被包括在该AACMM系统中，或者甚至是包括在显示单元4中。使用分布式系统也是一种选择，其中显示单元4处的计算设备负责建立人工视图(例如，更新相机图片和/或可视化处理预计算的3D模型)，其具有与外部工作站计算机的数据连接，该计算机准备并预计算所需信息，并将该信息提供给显示单元4。
[0103]如果物体相对于AACMM I的位置事先是未知的，则可以提示操作者去测量该物体的一些点(至少为了粗略地生成合理的人工视图31)，以将其与AACMM I及其探头3进行参照，这可以例如通过示出粗略的等距概图作为标记有参考点的人工视图来完成。
[0104]然后，人工视图31被与来自QM序列33的期望测量任务有关的信息和来自CAD数据30的几何信息所叠加。对于用户指导，有利的是，将期望测量任务以逐步地方式进行叠加，一个期望测量点接一个期望测量点地进行指示。在产生QM序列前的计划阶段，也能够例如通过手动地或自动地选择要测量的点的顺序来使测量的效率最优化，，从而例如，通过已知的数值优化算法来将要接近的点之间的整体路线最小化。附图标记51中示出了所得的被叠加的人工视图的示例，该人工视图的示例是从似于AACMM I的操作者的视角来看的。该示例包括该物体的该物体的或至少最相关的部分的渲染视图，以便识别该物体、该物体的期望部分并执行测量。本示例示出了:叠加于其上的指示图形元素52，其用于标记要靠近的测量点；以及指示图形元素51，其包括与该物体、其尺寸、要完成的测量任务、和/或该AACMM I的状态有关的字母数字信息。然后，该被叠加的人工视图1Oa通过显示装置4而被示出给操作者，显示装置4位于AACMM I的靠近探头3的可移动端18处，使得在测量期间显示装置将会在操作者视野中。
[0105]图9示出了根据本发明的另一种实施方式的示意图，其中解释了根据本发明的过程，特别地，参考图5中所示的实施方式。
[0106]在本实施方式中，臂的可移动端18包括具有视野22 的相机20，在测量期间，该视野22包括探头3的测量范围的至少一部分以及物体5的至少一部分。附图标记21示出了来自相机20的图片，其中图片21优选地是一系列图片或视频。
[0107]该图片或该图片的一部分将通过显示单元4而示出在人工视图中，但是被叠加有指示图形元素，其中该叠加物是根据物体的几何信息(例如，基于CAD数据30)和根据期望测量任务数据33 (例如，基于QM数据33)来生成的。为了将该叠加的元素定位在准确的位置上，可以根据该臂的已知实际姿势和/或根据数字图像处理来识别显示在图片中的视图。
[0108]在此处示出的进一步实施方式中，同样有物体31的计算机渲染视图，其与图片匹配并被叠加在该图片上，以便获得如附图标记41中所示的人工视图。在更简单的实施方式中，只能显示图片而不能显示叠加的CAD数据渲染。
[0109]然后，人工视图41进一步被指示图形元素52、53叠加，或者被如前文所讨论的和/或如在附图标记51和1a中示例性示出的其他元素叠加。然后，位于臂的可移动端处的显示单元向操作者示出视图10b，并且据此提供用于进行测量任务的用户指导，并且直接在操作者所使用的工具处提供信息。
[0110]本领域技术人员应该明白的是，本文示出的并针对不同实施方式解释的细节还可以与本发明精神内的其他变体结合。
【主权项】
1.一种用于测量物体的几何特征的关节臂坐标测量机AACMM (I)，所述AACMM (I)包括: 所述关节臂的固定端； 所述关节臂的可移动端，所述可移动端能够被人类操作者手动移动，所述固定端与所述可移动端相对； 测量探头，所述测量探头能够附接到所述可移动端；以及 图形显示单元， 其特征在于， 所述图形显示单元位于所述关节臂的所述可移动端处，特别地位于所述探头的附近，使得在测量期间由所述显示单元提供的信息对操作者可见， 其中，所述显示单元被构造为用于提供人工视图，所述人工视图特别地针对来自所述臂的所述可移动端的或在其附近的视点来图示地表示所述物体的至少一部分，特别地，其中所述人工视图与所述物体的操作者自然视图类似， 其中，通过叠加一个或多个指示图形元素，要测量的物体的至少一个期望点或区域被图示地标记在所述人工视图上。2.根据权利要求1所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述AACMM(I)包括图形处理单元，所述图形处理单元被构造为，用于基于关于所述物体的已知信息、特别地基于所述物体的已知CAD数据来生成所述物体的所述人工视图作为计算机渲染视图， 所述人工视图通过所叠加的指示图形元素而被扩充，并且所述人工视图是基于所述AACMM的实际姿势的，特别地，其中所述渲染视图大体上与在移动所述探头时所述物体的操作者视图对应，优选地，其中所述人工视图至少包括所述探头的测量范围。3.根据权利要求1或2中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述AACMM(I)包括位于所述臂的所述可移动端附近的相机，所述相机被构造为用于提供所述物体的视图作为所述相机的视野的至少一部分的图片，特别地，所述相机带有包括所述探头的测量范围的视野、优选地呈视频形式的实时更新图片，该图片被数字计算设备处理并被所叠加的指示图形元素扩充。4.根据权利要求2和3所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述显示单元提供这样的人工视图，该人工视图包括来自所述相机的图片和来自所述图形处理单元的渲染视图的叠加，使得所述渲染视图与所述图片几何地匹配，特别地，基于由所述臂的姿势所确定的相机视点和所述物体相对于所述臂的已知位置的信息，或者基于所述AACMM⑴的对所述物体的至少一个测量。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述图形显示单元包括具有二维阵列像素的图形屏幕，所述图形屏幕位于所述可移动端处，特别地，其中所述图形屏幕是可折叠显示器，所述可折叠显示器被优选地构造为，当不使用时被存放在所述臂的段中或所述探头中，例如被卷起在所述臂的段中或所述探头中。6.根据权利要求1-4中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述图形显示单元包括位于所述可移动端处的投影设备，所述投影设备被构造为，用于提供所述人工视图作为到所述物体上和/或在所述物体附近、在叠加中的指示图形元素的光学投影。7.根据权利要求6所述的AACMM(I)，其特征在于， 根据所述AACMM(I)的实际姿势和关于所述物体的已知信息，所述显示单元的投影被采用为，使得所述指示图形元素被投影到到所述物体上在期望位置处，优选地，其中根据相对于投影目标平面的非直角的投影角度，所投影的指示图形元素的扭曲在所投影的人工视图中被数值地补偿。8.根据权利要求1-7中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述指示图形元素以这样的方式被提供，通过考虑所述AACMM(I)的实际姿势，特别地，根据由在所述臂的关节处的位置传感器所确定的、所述臂的所述可移动端的位置和取向信息，使所述指示图形元素大体上是竖直的，其中，该位置和取向信息也被用于AACMM测量。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述指示图形元素至少包括这样的图形元素，该图形元素用于指示如下各项: 所述物体上的几何特征，特别地点、线和/或区域； 用于移动所述探头的期望方向； 要使用所述探头接近的期望目标点或区域； 已经测量的点、线或区域； 至少一个已经测量的和/或要测量的点、线或区域的绝对和/或相对坐标值； 与至少一个已经测量的点、线或区域的期望值和/或其容错范围的偏差； 所述物体的几何特征的尺寸标注； 已经测量的几何特征的测量协议； 要测量的即将到来的期望几何特征，通过靠近所述物体的期望点或区域，所述期望几何特征将被测量；和/或 操作者能够与其互动以完成所述AACMM的期望功能的区域。10.根据权利要求1-9中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述AACMM(I)提供具有用于接收来自操作者的输入的设备的图形用户界面，用于至少部分地操作所述AACMM(I)，其中，提供有指示图形元素的区域中的至少一个被构造为用于接收所述输入，特别地，其中用于接收输入的所述设备是诸如触摸屏和/或键盘这样的触敏装置，优选地，其中所述图形用户界面向操作者提供交互式可视用户指导，包括所述物体上的所述期望点或区域的位置以及关于如何通过所述探头接近所述期望点或区域的图形指导，并且/或者提供与所述探头之前接近的、所述物体的点、区域或几何特征相关的可视信息。11.根据权利要求1-10中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述显示单元包括用于发送和接收数据的设备，特别地，其中所述显示单元包括用于收发数据的无线通信单元，该无线通信单元提供与计算设备的通信链接，所述计算设备存储要被所述AACMM测量的物体的几何结构和/或几何特征的信息。12.—种通过关节臂坐标测量机AACMM⑴来测量物体的几何特征的方法，所述AACMM(I)具有被人类操作者手动移动的、所述关节臂的可移动端，所述可移动端包括测量探头和附接在所述探头附近的显示单元， 所述方法包括如下步骤: 计算人工视图，所述人工视图图示地表示所述物体的至少一部分，特别地，其中对人工视图的计算通过如下方式完成:处理来自所述探头附近的相机的相机图片；和/或例如根据所述物体的CAD数据来渲染所述物体的数字模型； 取决于所述臂相对于所述物体的姿势来调整所述人工视图，特别地，其中根据所述臂的位置传感器，特别地针对来自于所述臂的所述可移动端或其附近的视点，来确定所述姿势，优选地，其中所述人工视图与所述物体的操作者自然视图类似； 将一个或多个指示图形元素叠加至所述人工视图，用于特别地在所述物体的所述人工视图上的、这些图形元素的相应位置处，图示地指示要测量的物体的至少一个期望点或区域； 通过所述显示单元在所述探头附近向操作者提供所述人工视图和所述指示图形元素，使得在测量期间所述人工视图对操作者可见。13.根据权利要求12中所述的方法，其特征在于， 所叠加的指示图形元素的指示向操作者提供用户指导，教导操作者定位所述物体上的所述期望点或区域并且利用所述探头接近所述期望点或区域，并且/或者提供与所述探头之前接近的所述物体的点、区域或几何特征有关的几何信息。14.根据前述的权利要求12或13中的任一项所述的方法，其特征在于， 由所述显示单元表示的所述人工视图的动态缩放，取决于从所述探头到所述物体的所述期望点或区域的距离，特别地，其中如果所述距离更远则所述人工视图具有缩小的比例，比较而言如果所述距离更近则所述人工视图具有增大的比例，特别地，其中基于由所述AACMM(I)确定的坐标数据来计算所述距离。15.—种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在机器可读介质上的程序代码，或者被实施为电磁波的计算机数据信号，用于生成要测量的物体的人工视图，并且通过在AACMM(I)的探头附近的显示单元来提供所述人工视图， 所述人工视图被调整为与操作者手动引导所述AACMM(I)的所述探头的物体视图类似，并且所述物体视图叠加有用于操作者的用户指导的指示图形元素， 特别地，其中，所述人工视图包括计算机渲染3D视图和/或由在所述探头附近的相机所拍摄的所述物体的图片，优选地，其中，特别地针对计算根据权利要求12-14中的任一项所述的、特别地在根据权利要求1-11中的任一项所述的关节臂坐标测量机的计算设备中执行的方法，所述人工视图在所述探头的移动时被实时更新。
【专利摘要】本发明涉及一种关节臂坐标测量机。该关节臂坐标测量机用于测量物体的几何特征，其包括：关节臂的固定端，该固定端与能够人类操作者手动移动的关节臂的可移动端相对。测量探头能够附接到可移动端。该关节臂坐标测量机还包括：图形显示单元，其位于关节臂的可移动端处，特别地位于探头附近，使得在测量期间由显示单元提供的信息对操作者可见。该显示单元被构造为用于提供人工视图，该人工视图图示地、特别地针对从臂的可移动端或其附近的视点来示出该物体的至少一部分，从而，该人工视图与该物体的操作者自然视图类似。通过叠加一个或多个指示图形元素，要测量的物体的至少一个期望点或区域被图示地标记在人工视图上。
【IPC分类】G01B21/00, G01B11/00
【公开号】CN104897091
【申请号】CN201510102393
【发明人】波·佩特尔松
【申请人】赫克斯冈技术中心
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月9日
【公告号】EP2916099A1, US20150253125
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及根据权利要求1的一种关节臂坐标测量机以及根据权利要求12的一种操作关节臂坐标测量机的方法。
【背景技术】
[0002]本发明所涉及的技术领域是关节臂坐标测量机(也称为AACMM或CMM)，例如在US5402582，US6366831或W003069267中所公开的那些。这些装置包括:固定的底座、以及含有用关节连接的多个臂段。该关节使与底座相对的臂的可移动端具有可移动性，并且，在该可移动端处具有测量探针能够附接于其上的探头。臂的每一个关节都配备有传感器以确定该关节的位置信息，从而能够据此确定该臂的姿势，并且能够确定探头相对于底座的位置和取向。探头配备有至少一个，优选地为可替换的探头，其能够用于测量待检查的物体的点或区域。在测量过程中，操作者手动引导探头接近期望的测量点，并且，根据臂的姿势可以得到该测量点的几何坐标数据。
[0003]例如，在US6131299中，示出了这样的关节臂坐标测量机CMM配备有字母数字显示器、LED和按钮，它们位于CMM的可移动端的手柄附近。该显示器将臂的实际位置指示为代表三维坐标的数字值X、Y和Z。从而，操作者在使用探头测量工件的时候可以看到该坐标值。
[0004]除了关节臂之外，为了避免对高级主机和应用软件的需求，US5978748示出了安装在关节臂的可移动端上的用户界面和控制器，该控制器具有用于存储可执行程序和参考数据的存储器。从而，可以向用户提供指令(诸如，检查过程)，存储的CAD数据可以作为参考数据，并且可以立即完成对实际测量值和参考数据的比较。
[0005]US8276286示出了一种AACMM，其具有全集成测量控制器和显示器，该全集成测量控制器和显示器位于底座上，从而避免了与测量臂之间的碰撞。
[0006]US20120144685示出了一种AACMM，其中控制器和显示器位于底座上。该AACMM提供了用于执行该CMM的诊断或校准过程的图形用户界面。
[0007]集成在关节臂中的这些本地计算系统的问题在于，这种计算设备的使用寿命相当短，特别地比关节臂软件的使用寿命短很多。根据摩尔定律，在AACMM的一般使用寿命内，相对于软件的CPU和存储需求，硬件需求大幅度增加，而通常，AACMM的一般使用寿命远远大于普通计算机软件/硬件的使用寿命，因此，通常该计算单元必须先于测量机构被更换。臂内部智能一般不能够容易升级或替换。特别地，那些内部系统是专门设计的，其不能被多个选项替换。该专门设备也已知是比现成的PC硬件更贵。此外，使用内部系统，使用者与臂制造商绑定以进行任何升级或者甚至是软件更新，这就是为什么要提供一种使用标准计算机和相应的软件的方案，该标准计算机和相应的软件可以采用来自很多供应商，或可以从普通商店买到，或从因特网下载的产品进行替换和升级。单纯的计算机通信接口(诸如USB、以太网、RS232……)已知具有更长的寿命，并且通常是向后兼容的或是可以升级的。
[0008]这些现有技术的设计的另一个缺点在于，在使用AACMM进行测量的期间，在外部计算机上提供的测量信息对于操作者而言并不总是直接可见的。特别地，不熟练的操作者通常需要针对要进行哪些测量步骤和如何优选地以有效的序列接近所有期望测量点的指导，因此在现有技术中提供了一种独立的测量协议文件。在一些现有技术中可能有显示器，其示出由该机器所确定的原始坐标数据，但是对于无经验的操作者来说，此信息通常是相当无用的。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的一个目的在于改进AACMM，从而提高其对于操作者的可用性，特别是使其更直观，并且避免错误测量和/或对AACMM的损害。特别地，本发明的一个目的是，允许操作者在工作中完全集中于他所引导的探头，而不必离开工作查看构造或指导说明。
[0010]本发明的另一个目的是向操作者提供用户指导，优选地是如下的指导，利用操作者在测量任务期间总是面对该指导，并且该指导能够提供测量进程、关键性结果和警告等的在线反馈。
[0011]本发明的一个目的是简化对期望测量点的识别，并且使导航至要测量的复杂物体处的这些测量点变得简单，并且/或者通过优化要接近的点之间的路径规划来加速测量。
[0012]本发明的另一个目的是确保测量质量，并且避免操作者需要具有要测量的物体的知识或如何测量特定的特征的知识，并且在不得不测量的物体的多种情况时，确保每次测量都以相同的方式完成。
[0013]这些目的是通过实现独立权利要求中的特征来实现的。在独立权利要求中描述了以另选的或有利的方式进一步发展本发明的特征。
[0014]根据本发明，关节臂包括显示单元，该显示单元位于探头的附近，例如在臂的可移动端的一个末尾臂段上的旋转把手处、在用于臂移动的把手处或者在探头本身处一一特别地当光学扫描装置被用作探头的时候。优选地，该显示单元以这样的方式被包括，使得其提供的图形信息在靠近测量期间眼睛所看的位置处，通常是在靠近臂的可移动端处的探针端部处被提供给操作者。因此，操作者在测量期间将总是能够看见显示器一一不同于在现有技术中，被适配在底座上的显示器在测量期间经常会被要测量的工件、关节臂或者操作者遮挡。
[0015]在一种实施方式中，显示单元可以包括图形屏幕，用于显示基于像素光栅的图形项目。显示单元与臂之间的附接可以是可移动的或可摆动的，以便可被调节到操作者最方便的视角，或者克服操作者视野中的障碍，或者克服由于显示器与要测量的物体或其所附接的臂之间的冲突所造成的探头移动性的障碍。显示单元也可以配备有确保在显示单元上所示出的信息总是保持水平的手段，例如利用重力保持显示器本身竖直的机械装置，或者根据来自重力或水平传感器的数据来旋转显示器所显示的图像信息的电子手段。
[0016]该显示单元还可以是可拆卸的，这能够例如允许操作者根据其方便或根据要测量的物体的类型，来将显示单元放在臂的可移动端处的上述位置中的任一位置。所述显示单元还可以被完全整合到探头中，到可移动端处的臂段中，或者到臂的可移动端处的把手中。
[0017]在另一种实施方式中，显示单元可以包括用于图形信息的投影仪，该投影仪被构造为将图形信息投影到要测量的物体上，或投影在实际测量的附近，例如，投影到实际测量点旁边的测量台上。
[0018]在又一种实施方式中，显示单元可附接至操作者本身，例如，附接到操作者的前臂，从而所示出的信息的视图不会受到操作者手腕的位置的影响，或者例如，附接到操作者的头部，如平视(head-up)显示器、包括微型屏幕或投影设备以将图形信息叠加到操作者的视野中的虚拟现实眼镜(例如，像已知的谷歌眼镜那样的显示单元)。
[0019]显示单元可以由导线通过关节处的集流环(slip ring)供电，或者通过关节处的变压器传输进行无线供电，或者使用电池供电。另一个选择(同样与电池结合)是利用操作者的臂活动时所获得的能量来产生电力，以在操作期间向显示器单元提供动力。
[0020]可以使用沿着臂的有线通信和/或无线通信，如无线网络(诸如WiF1、蓝牙等)来进行显示装置与臂的位置测量单元和/或外部计算装置之间的通信。
[0021]显示单元通常包括某种计算单元，该计算单元可以在如下范围内变化:从显示图像的基本计算电路到强大的图形处理单元(GUP)和/或微控制器、DSP、FPGA或ASIC。对于使用根据本发明的关节臂进行测量，可以利用控制器或者工控计算机或个人计算机来完成主要的计算能力，该控制器或者工控计算机或个人计算机位于或靠近该关节臂的固定底座处，或者远离该臂，这提供了如下的优点:简单的可替换性和可升级性，并且能够有助于避免发热问题。在情况中的显示单元只处理用于与主计算机通信的基本的计算，并据此提供图形输出一一可以这么说，该显示单元是运行主要应用的外部计算装置的远程用户界面。在另一种实施方式中，显示单元还包括强大的计算能力(例如，类似于用在智能手机、平板计算机等中的片上系统(SOC))，其允许处理坐标测量机器中所要求的实时计算。
[0022]被包括在臂的可移动端处，特别地被包括在显示单元处的相机可以用于将工件的CAD与来自相机的实际图像进行叠加，以在测量过程中指导操作者，并且/或者显示物体的几何特征与该几何特征的实时期望值相比较的偏差。
[0023]例如，安装在臂的可移动端处的显示单元能够拍摄物体的图片或影片，该显示器上安装有相机并且相机朝向该物体的方向取向，特别地，其中，相机的视野覆盖了探头能够收集测量值的区域。然后，该显示器能够向用户示出扩充了的实际内容，包括由与该测量任务有关的图形信息所叠加的相机图像的至少部分，例如，测量结果能够被直接显示在探头所测量的点或区域附近。从而，操作者不再需要直接查看探头的针尖，而可以通过该显示单元所示出的扩充了的实际图像来观察其测量。例如，下一个期望测量点，或接近它的方向和/或最新的测量结果也能够立即被示出给操作者。所扩充的视图还允许使用附加功能(诸如放大)，来准确地接近期望测量点。该缩放能够通过手动和/或动态缩放来控制，这取决于，例如，要测量的期望目标特征和/或探头与期望测量点或区域之间的实际偏差。在测量信息的此类扩充视图的另一种实施方式中，显示单元在其默认状态下还可以是透明的，使得操作者能够透过显示器看到物体，并且图形信息通过显示器而被叠加到该视图上，从而可以省去拍摄物体的相机。
[0024]显示单元也能够包括如下单元，该单元能够跟踪操作者的眼睛或头部，以识别操作者当前对显示单元的视野，并且相应地采用所示出的信息和/或相机图像，从而，操作者如同在没有显示单元的时候他所自然地期望的那样，来观察物体和扩充的信息。本段中的操作者跟踪选项也能够被开启或关闭，这取决于其对于操作者所面对的测量任务的可用性。
[0025]为了与测量机器的互动，显示单元可以包括触摸传感器设备或非接触式传感器设备(诸如触摸屏幕、手势识别、近程传感器等)，以探测操作者与由显示器所提供的信息之间的互动。
[0026]显示单元所提供的信息可以包括很多种图形项目，例如:指示测量值的图形信息和/或字母数字信息、在整个测量过程中指导操作者的信息、关于与期望的测量结果状态之间的偏差的信息、对已经测量的点或区域或者在测量过程中的下一个点或区域的指示、或者臂要以有效方式从探头的当前位置接近下一个点或区域的预期移动，显示警告、显示提示以及关于测量的当前的精确度的信息，等等。
[0027]此外或另选地，位于探头附近的 显示单元也能够提供物体的CAD数据的叠加，作为与来自同样位于探头附近的相机的该物体的真实图像相结合的期望数据。叠加的CAD数据可以被示出为渲染的3D视图，并且，例如，根据该物体相对于臂(或分别相对于臂部的相机)的已知位置或者根据该物体处的一些参考点的测量值，与该物体的实际视图相配合。叠加的CAD数据还可以用以下形式示出:半透明的结构(textured)视图、线框视图(有或没有隐藏的边界或特征)、外尺寸、该物体的尺寸标注、和/或从技术图纸中获得的测量值，特别地，具有或者没有关于准确度、容差、偏差等的附加信息。
[0028]除了此类与测量直接相关的信息之外，显示单元也能够示出测量机器的图形用户界面，例如，提供用于特定特征的测量程序或模式的选择、像重复测量和存储测量这样的功能、或者是从外部个人计算机接口的测量软件中得知的其他功能。在执行用于测量物体的存储部分程序的情况下，扩充的实际状况也能够显示箭头，以向用户示出他需要向哪个方向移动探头以抵达下一个点--当下一个点不在由显示单元所示出的视图内；或者也能够在所示出的视图内的下一个点处显示标记一一如果下一个点在视图内。
[0029]在探头处或在其附近，显示单元也能够，例如，通过在使用在显示单元的背面的LED来示出该物体的转向照明。在探头处使用线激光传感器或RIM相机的情况下，已扫描的表面上的信息可以被显示为扩充的实际状况。从而，操作者优选地在测量中实时第能够获知缺少的区域，或在某个区域中的不足的点密度。
[0030]在本发明的另一种实施方式中，显示单元可以被实现为:例如，基于有机发光二极管(OLED)或电子墨水(E-1nk)科技的可折叠显示器(也称作柔性显示器)，其可以被卷起来或者甚至是被折叠而不损坏。例如，该显示器能够被卷起来并存放在臂的段中，优选地，在靠近探头的臂的末尾段的一个中，或者在探头中。然后，用户可以将显示器从臂中拉出，将其展开，这样就可以在工作期间使用该显示器，然后，当不使用显示器时，可以将显示器卷进其保护外壳中。然后，该铺开的或展开的显示器可以通过一些支撑结构(诸如支柱、可拆卸或可折叠的杆等)被放在、保持在并维持在适当的位置。该显示器的支撑物例如也可以是柔性的或可塑性变形的，例如，像鹅颈管等。因此，该显示器能够以高度适应性来适应于用户对当前测量任务的需求。该可折叠显示器能够例如还被包裹其之前的外壳的至少部分周围，并且暂时固定于其上。因此，当臂被移动，或者当不使用显示器，或者当前任务不需要显示器时，该显示器不会受到损坏。
[0031]本发明使之成为可能的测量选项的其他实施方式也将在以下【附图说明】中示出。
[0032]换句话说，本发明涉及用于测量物体的几何特征的关节臂坐标测量机(AACMM)。该AACMM包括:关节臂的固定端，其与该关节臂的可移动端相对，其中该可移动端可被人类操作者手动移动。测量探头可附接至该可移动端，优选地，该测量探头包括可替换的头部，其允许更换磨损的探头，和/或使用适用于完成当前测量任务的不同探头。该AACMM还包括供操作者查看的图形显示单元。该图形显示单元位于关节臂的可移动端处，特别地在探头的附近，使得在测量期间由所述显示单元提供的信息对操作者可见。这意味着，在工作期间，当用手引导探头的操作者看向他所引导的探头时，可以观察该显示单元。
[0033]根据本发明的显示单元被构造用以提供人工视图，在工作期间，该人工视图图示地示出该物体的至少一部分。特别地，所提供的人工视图能够针对来自臂的可移动端或靠近臂的可移动端处的视点来显示，例如，该人工视图可以类似于该物体的操作者自然视图。在此人工视图中，通过叠加一个或多个指示图形元素，要测量的物体的至少一个期望点或区域被图示地标记在该人工视图上。
[0034]因此，本发明还涉及通过关节臂坐标测量机(AACMM)来测量物体的几何特征的方法，该关节臂坐标测机具有被人类操作者手动移动的关节臂的可移动端。该可移动端包括测量探头和附接在该探头附近的显示单元。该方法包括如下步骤:
[0035].计算人工视图，该人工视图图示地表示该物体的至少一部分，其中对人工视图的计算可以通过如下方式完成:处理来自在探头附近的相机的相机图片；和/或例如根据该物体的CAD数据渲染该物体的数字模型；
[0036].取决于臂的相对于物体的姿势来调整人工视图，特别地，其中根据臂的位置传感器，特别地针对来自于臂的可移动端或其附近的视点来确定该姿势，优选地，其中该人工视图与该物体的操作者自然视图类似；
[0037].将一个或多个指示图形元素叠加至该人工视图，用于图示地指示要测量的物体的至少一个期望点或区域，特别地其中在该物体的人工视图上的、这些图形元素的相应位置处完成元素的叠加；
[0038].通过显示单元在探头附近向操作者提供人工视图和指示图形元素，使得在测量期间该人工视图对操作者可见。
[0039]其中，所叠加的指示图形元素的指示能够向操作者提供用户指导，特别地，指导操作者定位物体上的期望点或区域并且利用探头接近它，并且/或者提供与该探头之前已经接近的该物体的点、区域或几何特征有关的几何信息。
[0040]此外，能够完成由显示单元所表示的人工视图的动态缩放，其取决于从探头到物体的期望点或区域的距离。其中，如果该距离更远则该人工视图具有缩小的比例，比较而言如果该距离更近则该人工视图具有增大的比例。从而，可以基于由AACMM所确定的坐标数据来计算该距离。
[0041]前述的方法，或前述方法的一部分还能够被实施为计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在机器可读介质上的程序代码。除了被提供在本地介质上以外，其也可以是被实施为电磁波的计算机数据信号。该计算机程序产品被构造为用于生成要测量的物体的人工视图，并且通过在AACMM的探头附近的显示单元来提供要测量的物体的人工视图。其中，该人工视图被调整为与操作者手动引导AACMM的探头的物体视图类似，并且该人工视图被指示图形元素叠加，以向操作者提供用户指导。其中，该人工视图可以包括计算机渲染3D视图和/或由探头附近的相机拍摄的图片。优选地，该人工视图能够在该探头的移动时进行实时更新。
[0042]该方法(或者方法的涉及计算的至少这些部分)，也能够被实施为存储在机器可读介质上的计算机程序产品，或者被实施为电磁波(诸如有线数据信号或无线数据信号)。因此，本发明还涉及一种AACMM系统，该AACMM系统包括:在探头附近的显示单元；和被构造用以运行计算机程序的计算设备，该计算设备在有或者没有计算机程序的情况下都提供根据本发明的功能。
【附图说明】
[0043]以下参考以附图方式示意性示出的工作示例，仅通过示例来更具体地描述根据本发明的装置、方法和设置。具体地:
[0044]图1a示出了根据本发明的AACMM的第一种实施方式的示例，其具有接触触发式探头;
[0045]图1b示出了根据本发明的AACMM的第二种实施方式的示例，其具有非接触式探头;
[0046]图2示出了根据本发明的AACMM的第三种实施方式的示例；
[0047]图3a示出了根据本发明的AACMM的第四种实施方式的示例，该AACMM的探头上附接有显示单元；
[0048]图3b示出了根据本发明的AACMM的第五种实施方式的示例，该AACMM的可移动端的臂段附接有显示单元；
[0049]图4a示出了根据本发明的AACMM的第六种实施方式的示例，该AACMM的可移动端的臂段附接有显示单元；
[0050]图4b示出了根据本发明的AACMM的第七种实施方式的示例，该AACMM的可移动端的臂段附接有显示单元；
[0051]图4c示出了根据本发明的AACMM的第八种实施方式的示例，该AACMM的可移动端的壁段附接有显示单元；
[0052]图5不出了使用根据本发明的AACMM进行测量的第一种工作不例；
[0053]图6示出了使用根据本发明的AACMM进行测量的第二种工作示例；
[0054]图7不出了使用根据本发明的AACMM进行测量的第三种工作不例；
[0055]图8示出了使用根据本发明的关节臂坐标测量机进行测量的第一种示例；
[0056]图9示出了使用根据本发明的关节臂坐标测量机进行测量的第二种示例。
【具体实施方式】
[0057]以下附图的图示不应被认为是按比例绘制的。在适当的情况下，同样的标号被用于同样的特征或者具有类似功能的特征。标号的不同索引被用于对被示例性示出的特征的不同的实施方式进行区分。
[0058]图1a例示了根据本发明的关节臂坐标测量机(AACMM)I的实施方式的示例。该AACMM具有底座2，底座2在测量期间是固定的。整个AACMM I可以被实现为在测量物之间是可移动的，或者被实现为永久安装在某个位置(诸如测量台、工厂大厅等)。
[0059]该关节臂的可移动端18 (其与AACMM I的固定端2相对)可以被手动移动。可动性是由沿着该臂的多个关节7来提供的，每一个关节提供至少一个自由度。各个实施方式中的这些关节7的数量和类型各不相同。此处所示的示例的关节7具有五个枢轴关节和三个线性引导的拉拔物(pullout)。该可移动端18可以被此处未示出的人类操作者，例如，借助于某种手柄、把手或其他把手元件6来手动地移动。探头3被永久的或可拆卸地附接至可移动?而18。
[0060]该探头3被用于测量，例如，通过本附图中所示的接触触发式探头3a。为了进行测量，操作者利用接触触发式探头3a靠近期望测量点，并且，当探头3a将要触碰到要测量的物体表面上的期望点时，探头3a启动或触发对位置信息的捕捉，该位置信息被臂I的关节7处的位置传感器收集。
[0061]臂的可移动端18还包括显示单元4，用于向臂I的操作者提供人工视图(artificial view)。该人工视图图示地示出了要测量的物体的至少一部分，并被至少一个指示图形元素叠加。该指示图形元素，例如，示出该物体的人工视图上的期望点、线或区域，其指示要测量的和/或已经测量的物体的位置。通过那些图形指示，操作者能够获知测量的进展和/或接下来的测量任务，从而能够通过该测量过程中接受进行用户指导(user-guided)。
[0062]操作者也能够通过该指示图形元素获知测量结果。例如，显示单元4能够提供关于如何测量物体的期望几何特征的信息一一例如，以逐步或逐点的序列测量要被探头3测量的区域、点或线。在操作者执行此序列之后， 或者甚至是当操作者正在执行此序列时，显示单元4能够提供关于测量结果的信息，例如，尺寸值和尺寸线的指示、图形和/或字母数字指示被示出在对应于实际物体上的位置的人工视图上的位置上。这使得操作者更容易理解其测量，因为，特别地，在测量期间位于臂的可移动端18处的显示单元4的人工视图总是在看见操作者的视野中，并且操作者不必从探头3处抬头查看，以检查其序列或测量结果是否正确，或查看下一步是什么。操作者可以将全部注意力放在其用手引导的探头3上。
[0063]在很多情况下，要测量的物体的(期望)几何结构之前已经例如以CAD数据或其他结构图的形式被获知。通常，要被AACMM测量的几何特征已经被事先获知，例如，根据预定的质量管理协议。从而，根据本发明的指示图形元素不仅能够提供纯数值坐标数据，还能够提供期望数值与实际测量数据之间的直接比较。例如，如果测量的几何特征在期望值的规定容错范围内，则可以使用简单的检查标记对其进行标记，或者用绿色进行指示等。另一方面，可以，例如，用红色，闪烁等方式直接将超出范围的测量值指示在人工视图上，并且，根据任务，与期望值之间的偏差的值也可以被显示。因此，例如，这可以避免让无经验的操作者面对大量(在他看来也许毫无意义)的数值，并且在当前测量阶段可以仅提供重要信息。
[0064]由于测量序列能够例如通过设计工程师和/或质量保证处而事先限定，所以操作者在测量或技术制图领域等方面不必技艺高超，但是却能够简单地遵循就在他前面的显示单元4所示出的用户指导，该用户指导能够，例如，逐步指示该做什么以及如何利用探头处的探针接近期望点，以对期望几何特征进行测量。根据本发明，不仅能向操作者提供一个尺寸测量接另一个尺寸测量的逻辑序列，还能够提供基于测量时间或探头要经过的途径的最佳序列。例如，要测量的点的顺序遵循探头要经过的最短整体路径，该最短整体路径可以通过与来自车辆导航系统中的地图导航算法类似的导航方法来自动识别，因此，后续测量点实际上是否属于不同的物理测量结果并不重要一一像是测量物体的一端的所有点，随后测量另一端的所有点，而不考虑期望尺寸实际上是从一端到另一端的多个测量。
[0065]在特定实施方式中，用户指导系统也能够根据臂位置测量系统来识别所靠近的测量点与期望测量点之间的偏差，并且能够在线决定所得测量结果是否像是有效的或是可信的，或者该测量是否需要被重复一一这两者都可以通过显示单元4指示。例如，如果在测量开始的时候物体的位置是未知的，则可以引导操作者首先用探头3接近物体的一些特定位置，根据该特定位置可以建立该物体相对于AACMM I的底座2的几何参考。
[0066]图1b示出了类似于图1中的设置的设置，但是此示例中的探头3包括非接触式探针，例如，光学探针、电容传感器、激光扫描装置、RM相机、干涉仪等。同样地，显示单元4还位于探头3的附近，但此时，显示单元4附接至探头3本身，而不是附接于AACMM I的可移动端18的末尾段中一个。
[0067]探头3被用于测量，例如，通过本附图中所示的测量探针3b进行测量。为了进行测量，操作者利用探头3接近期望测量点或区域，其中探针与要测量的物体之间没有物理接触。探针3b能够量化物体的接近度，该信息与由在关节7处的位置传感器所确定的臂的姿势相结合，以得出测量值。
[0068]显示单元4以这样的方式构成，使得其在测量期间停留在操作者的视野内，这意味着当操作者移动探头3以接近该物体的不同测量位置的时候，显示单元4会跟随这些运动，从而在测量过程中保持在引导探头3的操作者的视野中。
[0069]图2示出了另一种AACMM I设置，大部分类似于之前所描述的那些。该AACMM I包括由关节连接的多个臂段，这些臂段配备有位置编码器，用于确定臂的姿势，以及基于该姿势的探头测量范围的位置坐标。此示例还示出了要测量的物体5，该物体几何特征必须通过该AACMM I来得到。这些几何特征是根据探头的类型，通过使用探头3进行测量来得到的，并且能够通过该探头所勘察的至少一个点或表面来确定，因此，知道不同的测量技术，例如，前文已经概述了其中一些。
[0070]换句话再描述一遍，本发明的实施方式可以涉及一种用于测量物体5的三维关节臂坐标测量机(AACMM) I系统。其包括底座2和可以手动定位的关节臂I。该关节臂I具有第一端18，该第一端18可以被操作者致动，并且与旋转地连接至底座2的第二端相对。关节臂I包括用关节7连接的多个臂段，每个关节都对应于至少一个自由度，使得每个臂段在选定的体积内是可移动的。每个关节7包括至少一个位置编码器，用于确定与该关节7的实际位置相对应的位置信号。根据所有的这些位置的组合，可以确定臂的实际姿势，并且知道探头3相对于底座2的位置和取向。在关节7处的位置编码器能够例如被实现为:绝对或相对编码的光学编码器系统。
[0071]如前所述，该AACMM I还包括探头3，用于建立和/或维持与要测量的物体5的表面的接触或非接触测量连接。特别地，该探头3可以是接触式探头3a或者激光线探头(LLP) 3b ο该探头3能够被永久地或者可拆卸地附接到第一端18。该AACMMl还包括从位置编码器接收位置信号的电路，从而可以确定探头3的三维位置坐标。该电路包括用于存储数据的电子存储单元，并包括用于接收、处理和发送数据的处理器单元。在电子存储单元中可以存储:关于物体5的先前已知的数据，例如，包括:图形数据、标称尺寸数据以及与要测量的物体的点和/或区域有关的数据、CAD数据文件、以及与物体5相对于AACMM的预定的或已经测量的位置和/或取向有关的数据。
[0072]在关节臂I上接近其第一端处18安装有显示装置或显示单元4。显示装置4能够接收数据、并且通过一个或多个指示图形元素向操作者提供可视信息。处理器单元处理之前已知的数据的至少一部分，从而生成表现物体5的至少一部分的、至少一个2D和/或3D模型和/或图片，该模型和/或图片然而通过显示单元4来提供。由此生成的所述至少一个2D和/或3D模型和/或图片优选地如下的视角来表现物体5的至少一部分:从臂I的第一端18或其附近朝向物体5或物体5的被表现的部分。从而，物体5的至少一部分的人工视图被提供给致动第一端18的操作者，该人工视图通过相似性与操作者对于物体5的实际或自然的视图链接。
[0073]要被采用的、物体5的至少一个测量点和/或区域通过一个或多个人工指示图形元素来被图示地叠加地标记在人工视图上。该图形元素可以是几何形状，如，点和/或线、十字线、彩色区域、箭头、阴影、框、符号、和/或工作台、AACMM KAACMMl的探头3或探头3的一部分的符号化象征。因此，所述至少一个2D和/或3D模型和/或图片用作可视用户指导信息，这使操作者能够致动第一端以识别物体5上的要被采用的物体的测量点和/或区域，例如，通过与包括至少一个2D和/或3D模型和/或图片的所提供的人工视图进行比较，所述至少一个2D和/或3D模型和/或图片类似于用指示图形元素扩充的操作者对该物体的实际视图。该指示支持操作者使用探头3，来建立与物体5的要被采用的该期望测量点和/或区域之间的测量连接。该指示显然还可以包括尺寸信息，特别地相对于在当前测量任务期间由操作者预先采用的物体的至少一个测量点、特征和/或区域。
[0074]由在臂I的可移动端18处的显示单元4可视地提供给操作者的信息可以特别地包括:警告消息、关于AACMM I的操作状态的信息、和/或关于当前测量准确度的信息、和/或关于测量结果与标称数据之间的偏差的信息。在实施方式中，所述一个或多个人工指示图形元素也可以是动态的，例如指示方向，其中臂I的第一端18被移动以观察期望测量点和/或区域。
[0075]所生成的2D和/或3D模型和/或图片可以通过显示装置而被显示为:优选地实时更新的系列图片，例如数字电影。除了指示图形元素之外，还可以有:例如由包含在该AACMM系统中的扬声器单元提供的声音用户指导信息，其优选地也靠近操作者所在的臂I的可移动端18。
[0076]为了确定物体5的至少一个测量点和/或区域和/或物体5的更复杂的几何特征(例如，半径、角度、多边形形状等)的测量，处理器可以基于存储在电子存储单元中的算法，来处理之前已知的或由外部存储单元提供的数据。从而，该AACMM系统还可以包括无线或有线通信单元，用于向外部数据服务发送数据或者从外部数据服务接收数据，该外部数据服务例如是网络服务器或云服务器，或者可以自己提供服务器功能。
[0077]显示单元4 (在此其被实现为图形屏幕)向操作者提供用户指导，以便完成期望测量以确定物体5的期望几何特征。特别地，此处所示的显示装置4可以是用于表现图形数据的图形显示器，其具有至少640x480像素，优选地具有800x600像素或更高像素的图形显示分辨率，并且具有至少8位，特别地16位或更高的图像色彩深度。用于此类显示屏幕的技术的示例可以是:液晶显示器(LCD)、薄膜晶体管(TFT)显示器、诸如有机发光二极管(OLED)显示器这样的有机电致发光显示器、晶体发光二极管(CLED)显示器、诸如等离子体寻址液晶(PALC)显示器或等离子体显示面板(TOP)这样的等离子体显示器、或者诸如场发射显示器(FED)、电子墨水显示器这样的电子发射显示器等。如以下将进一步明确示出的，显示单元4还可以被实现为可折叠显示装置。
[0078]图3a和图3b示出了根据本发明的AACMM I的一些其他实施方式。
[0079]在这些附图中示出的显示单元4被实现为屏幕，该屏幕在所显示的图像的右侧配备有附加控制元件，操作者利用该附加控制元件能够与用于确定物体4的几何特征的测量软件互动。另选地，该互动也可以通过语音识别来完成，其中来自操作者的声音命令被相应的计算单元识别，并由测量软件来执行相应的命令，例如，用于控制测量过程，就像之前用按钮完成或在计算机屏幕的图形软件界面上完成的那样。
[0080]在图3a中，显示单元4位于探头3处，然而在图3b中，显示单元4位于臂I的探头端前面的末尾臂段8中的一个处。
[0081 ] 图4a，图4b和图4c示出了根据本发明的实施方式，其中显示单元4被实现为可弯曲的屏幕。在子图4a中，当不使用时，可折叠显示单元4时可以被卷起来并存放在臂I的可移动端处的段中，当使用时，可以将可折叠显示单元4拉出并用一些支撑物44固定。
[0082]在子图4b中，当不使用时，可折叠显示单元4可以被存放在探头3中。在一种特定的实施方式中，在折叠显示单元4被存放的位置中有透明视窗45，其允许看到折叠显示单元4的至少一部分 。因此，所存放的显示单元4还能够通过在其被存放的位置的视窗45向操作者提供一些基本的图形指示，而如果操作者希望看到更多信息，他可以将显示单元展开。驱动显示单元4的计算设备能够探测显示单元4的取出，并相应地采用所显示的内容。
[0083]在子图4b中，可折叠显示单元4能够存放在臂I的靠近探头的一部分中，当被抽出来是，其可以包裹在存放其的臂部的至少一部分周围。在另一个实施方式中，显示单元4的灵活性可以被用于首先将其形状采用为其所附接的AACMM部分的形状，然后被以这个形状和位置固定地安装。可选地，可以用透明保护盖覆盖显示器来避免损害。
[0084]在图5中只示出了 AACMM I的一部分，该AACMM I配备有显示单元4的一个实施方式。在此示例中，要测量的物体5被示出为车辆。显示单元4a包括屏幕部和用于用户互动的输入部12。在另一种实施方式中，该输入部也可以通过触摸屏幕或者其他已知的输入设备来实现。显示单元4的屏幕部示出物体5的计算机渲染人工视图10。该计算机渲染人工视图可以是线框视图、纹理结构视图、虚拟现实视图等，并且可以根据该物体的已知数据来生成，所述已知数据例如为:CAD数据、制造数据、3D模型、3D点云、之前由计算机生成或采用的多个2D图片等。
[0085]由此可见，由显示单元4a示出的人工视图的所示出的实例只表现了物体5的一部分。此处所示的所示出的人工视图10被以这样的方式生成，使得从这样的视角示出物体5的一部分，该视角类似于手持探头3的手柄6的操作者观看物体5的时候所看到的视角。为了确定生成所示出的人工视图10的视点，对此负责的计算设备能够评估臂的实际姿势。如果探头3移动，则人工视图10可以被相应地重新生成。在一种更进一步的实施方式中，对操作者，特别地他的眼睛、脸、头部或相对于显示单元4的标记物的跟踪也能够被确定，以便更准确地将人工视图应用于用户视图，但是通常不需要将人工视图高度精确地应用于实际视图，因为只要提供了基本相似点，操作者就会能够提取此视图。
[0086]物体5的所示出的人工视图10被指示图形元素11覆盖，该指示图形元素11能够例如向操作者提供关于测量过程的信息、用户指导或其他信息。在所示的示例中，示出了指示图形信息以指示探头要接近的期望测量点(用虚线显示)以及已经测量的点(用实线显示)。作为用户指导的示例，如果下一个期望点不在人工视图10的范围内，则能够例如通过闪烁或通过箭头指示到达下一个点所需的运动，来显示下一个期望点。如果对已经测量的点和期望值进行在线比较，则可以用色彩进行指示，例如，绿色代表尺寸数据没有问题，而红色代表尺寸数据超出容错范围。根据本发明的指示图形元素11还能够指示相较于单个点来说该物体的更复杂的几何数据。例如，复杂的几何特征的这种图形指示可以是直径、半径、尺寸线、角度或其他几何特征。
[0087]根据探头到要测量的物体或目标区域的距离，所示的人工视图能够例如被动态缩放。如果测量目标在远处，则将通过在缩小的人工视图中示出该物体的更大部分来提供粗略的用户指导。如果下一个期望点不在人工视图10的范围内，则也能够代替上述箭头的指示而使用人工视图的这种缩放。在探头接近目标的过程中，通过在放大的人工视图中示出该物体的更小部分而细化这种粗略的用户指导。优选地，前述的动态缩放将根据探头的位置信息和要测量的目标而自动地通过计算设备来完成，但是该人工视图也能够具有可以由操作者操作的手动缩放功能。
[0088]图6示出了与图4中的视图相似的视图，但是在这个实施方式中，臂的可移动端配备有相机，该相机的视野被引导朝向要测量的物体5，用于拍摄探头3所接近的目标物体的至少一部分的2D(或3D)图像。该相机的视野22是用虚线指示的。该相机可以位于探头处、臂的可移动端处或显示单元(其背面)处，其中该相机的视野10优选地涵盖探头3的测量范围。该相机被构造用以拍摄这样的图像，该图像包括用于探头处的显示单元4所示出的人工视图的数据。在所示实施方式中，显示单元4被实现为屏幕4a，其向操作者示出由相机拍摄的图片的至少一部分作为人工视图10b，该人工视图被指示图形元素11 (例如，如在其他实施方式中所描述的)叠加。
[0089]在所有实施方式中，也可以这样实施，使得由显示装置4所示出的人工视图10和/或叠加的元素11总是被大体上水平地被示出。作为实现这一目的的示例，可以优选地利用重力，将显示单元4构造和/或附接为总是保持大体上是竖直的，或者例如，根据重力传感器或臂的姿势的测量数据，通过计算设备将所示出的视图和/或叠加的元素数字地旋转。
[0090]所示出的人工视图10也可以是如下各项的组合:相机图片；和根据该物体的数字2D和/或3D模型所计算出的渲染图形数据，优选地，其中该相机和/或该渲染的数据的视图被采用为它们的视图是匹配。根据应用于该图片的图像处理数字技术(诸如，边缘提取……)和/或基于该相机的视点能够根据臂的姿势来确定的事实，这种匹配能够被确定。例如，显示单元能够示出来自相机的图片的一部分，其在叠加的线框表示中由从CAD数据植染的物体的轮廓扩充，并进一步被指示图形元素11叠加，例如，包括从边缘到边缘的尺寸线以及用探头3接近的一个或多个点或区域，以便测量该几何特征。
[0091]相机或臂I的可移动端18也可以包括用于相机视野的照明。
[0092]在实施方式中，该相机可以被设置在显示器屏幕的背后，以这种方式来拍摄图片，其视野类似于当屏幕不存在时屏幕观察者所看到的视野。该图片以这样的方式显示在屏幕上，使得观察者能够通过屏幕对图片进行观察，除了所示出的人工视图被根据本发明的指示图形元素叠加之外。叠加在图像上的信息被示出在图片中的与该信息所涉及的物体的位置相对应的位置处。由于整个系统是坐标测量机器，所显示的信息能够特别地代表该物体的几何特征，特别地，该物体的期望测量点或已经采用的测量点、尺寸或区域。
[0093]在特定的实施方式中，显示单元4包括透明的屏幕，其允许用户透过屏幕进行观察，就像透过窗户一样，但是其视野可以被指示图形元素叠加。从而可以省去相机的使用。
[0094]图7示出了根据本发明的示例性实施方式，其中在AACMM I的可移动端18处的显示单元4被实现为投影仪，该投影仪指向的范围包括探头3的测量范围。在本实施方式中，显示单元4可以例如是:基于可视激光束的快速偏转以在目标处形成指示元素的投影设备，也可以是例如LCD投影仪、DLP投影仪或激光投影仪，或者其他投影技术。
[0095]在本实施方式中，显示单元4b直接将指示图形元素lla、llb和Ilc的叠加物(例如，用于用户指导信息、测量信息、AACMM的操作状态……)投射至目标物体5自身或其附近，例如，在测量台上的物体的被测量特征附近。其中，所投射的信息能够根据AACMM的姿势被采用，以便在臂I的可移动端18的移动过程中保持投影稳定，并且优选地竖直。此处所示的指示图形元素11包括:
[0096]元素Ila--表示要测量的点或区域，
[0097]元素Ilb—一表示在其期望几何值的容错范围内的已经测量的点，和可选的指示文本元素，
[0098]元素Ilc一一表示超出其期望几何值的容错范围的已经测量的点，和与期望值之间的偏差的可选指示文本。
[0099]为了不让操作者感到困惑，有利的是:把示出的指示图形元素11的数量减少到用户指导所要求的必要的最小量。所提供的显示视图和用户指导的步骤能够例如被预处理为计算机程序或配置文件。
[0100]图8示出了根据本发明的另一种实施方式的示意图，其中解释了根据本发明的对几何特征的测量，特别地，参考类似于图4中的实施方式的AACMM的实施方式。
[0101]在该附图的上半部分，AACMM的可移动端18被示出为具有探头3和显示单元4的一种实施方式。根据CAD数据30，要测量的物体5的期望几何数据是已知的，并且质量管理处也提供了与这些要被检查的图形特征和如何通过AACMM I来最好地完成检查有关的信息33。
[0102]根据CAD数据30，计算设备32可以渲染物体5的图形表示，作为从CAD数据渲染的人工视图31—一也如41中所示。根据由AACMM I所提供的坐标信息9，计算设备32优选地实时计算该渲染的人工视图31，使得其对应于从探头3或显示单元4附近的视角而看到的该物体的真实视图。计算设备32在此处被示出为AACMM外部计算机，其在可升级性方面具有优势，只不过显示单元4和AACMM测量系统的接口必须是可兼容的，但是另选地，该计算设备或其一部分也能够被包括在该AACMM系统中，或者甚至是包括在显示单元4中。使用分布式系统也是一种选择，其中显示单元4处的计算设备负责建立人工视图(例如，更新相机图片和/或可视化处理预计算的3D模型)，其具有与外部工作站计算机的数据连接，该计算机准备并预计算所需信息，并将该信息提供给显示单元4。
[0103]如果物体相对于AACMM I的位置事先是未知的，则可以提示操作者去测量该物体的一些点(至少为了粗略地生成合理的人工视图31)，以将其与AACMM I及其探头3进行参照，这可以例如通过示出粗略的等距概图作为标记有参考点的人工视图来完成。
[0104]然后，人工视图31被与来自QM序列33的期望测量任务有关的信息和来自CAD数据30的几何信息所叠加。对于用户指导，有利的是，将期望测量任务以逐步地方式进行叠加，一个期望测量点接一个期望测量点地进行指示。在产生QM序列前的计划阶段，也能够例如通过手动地或自动地选择要测量的点的顺序来使测量的效率最优化，，从而例如，通过已知的数值优化算法来将要接近的点之间的整体路线最小化。附图标记51中示出了所得的被叠加的人工视图的示例，该人工视图的示例是从似于AACMM I的操作者的视角来看的。该示例包括该物体的该物体的或至少最相关的部分的渲染视图，以便识别该物体、该物体的期望部分并执行测量。本示例示出了:叠加于其上的指示图形元素52，其用于标记要靠近的测量点；以及指示图形元素51，其包括与该物体、其尺寸、要完成的测量任务、和/或该AACMM I的状态有关的字母数字信息。然后，该被叠加的人工视图1Oa通过显示装置4而被示出给操作者，显示装置4位于AACMM I的靠近探头3的可移动端18处，使得在测量期间显示装置将会在操作者视野中。
[0105]图9示出了根据本发明的另一种实施方式的示意图，其中解释了根据本发明的过程，特别地，参考图5中所示的实施方式。
[0106]在本实施方式中，臂的可移动端18包括具有视野22 的相机20，在测量期间，该视野22包括探头3的测量范围的至少一部分以及物体5的至少一部分。附图标记21示出了来自相机20的图片，其中图片21优选地是一系列图片或视频。
[0107]该图片或该图片的一部分将通过显示单元4而示出在人工视图中，但是被叠加有指示图形元素，其中该叠加物是根据物体的几何信息(例如，基于CAD数据30)和根据期望测量任务数据33 (例如，基于QM数据33)来生成的。为了将该叠加的元素定位在准确的位置上，可以根据该臂的已知实际姿势和/或根据数字图像处理来识别显示在图片中的视图。
[0108]在此处示出的进一步实施方式中，同样有物体31的计算机渲染视图，其与图片匹配并被叠加在该图片上，以便获得如附图标记41中所示的人工视图。在更简单的实施方式中，只能显示图片而不能显示叠加的CAD数据渲染。
[0109]然后，人工视图41进一步被指示图形元素52、53叠加，或者被如前文所讨论的和/或如在附图标记51和1a中示例性示出的其他元素叠加。然后，位于臂的可移动端处的显示单元向操作者示出视图10b，并且据此提供用于进行测量任务的用户指导，并且直接在操作者所使用的工具处提供信息。
[0110]本领域技术人员应该明白的是，本文示出的并针对不同实施方式解释的细节还可以与本发明精神内的其他变体结合。
【主权项】
1.一种用于测量物体的几何特征的关节臂坐标测量机AACMM (I)，所述AACMM (I)包括: 所述关节臂的固定端； 所述关节臂的可移动端，所述可移动端能够被人类操作者手动移动，所述固定端与所述可移动端相对； 测量探头，所述测量探头能够附接到所述可移动端；以及 图形显示单元， 其特征在于， 所述图形显示单元位于所述关节臂的所述可移动端处，特别地位于所述探头的附近，使得在测量期间由所述显示单元提供的信息对操作者可见， 其中，所述显示单元被构造为用于提供人工视图，所述人工视图特别地针对来自所述臂的所述可移动端的或在其附近的视点来图示地表示所述物体的至少一部分，特别地，其中所述人工视图与所述物体的操作者自然视图类似， 其中，通过叠加一个或多个指示图形元素，要测量的物体的至少一个期望点或区域被图示地标记在所述人工视图上。2.根据权利要求1所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述AACMM(I)包括图形处理单元，所述图形处理单元被构造为，用于基于关于所述物体的已知信息、特别地基于所述物体的已知CAD数据来生成所述物体的所述人工视图作为计算机渲染视图， 所述人工视图通过所叠加的指示图形元素而被扩充，并且所述人工视图是基于所述AACMM的实际姿势的，特别地，其中所述渲染视图大体上与在移动所述探头时所述物体的操作者视图对应，优选地，其中所述人工视图至少包括所述探头的测量范围。3.根据权利要求1或2中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述AACMM(I)包括位于所述臂的所述可移动端附近的相机，所述相机被构造为用于提供所述物体的视图作为所述相机的视野的至少一部分的图片，特别地，所述相机带有包括所述探头的测量范围的视野、优选地呈视频形式的实时更新图片，该图片被数字计算设备处理并被所叠加的指示图形元素扩充。4.根据权利要求2和3所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述显示单元提供这样的人工视图，该人工视图包括来自所述相机的图片和来自所述图形处理单元的渲染视图的叠加，使得所述渲染视图与所述图片几何地匹配，特别地，基于由所述臂的姿势所确定的相机视点和所述物体相对于所述臂的已知位置的信息，或者基于所述AACMM⑴的对所述物体的至少一个测量。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述图形显示单元包括具有二维阵列像素的图形屏幕，所述图形屏幕位于所述可移动端处，特别地，其中所述图形屏幕是可折叠显示器，所述可折叠显示器被优选地构造为，当不使用时被存放在所述臂的段中或所述探头中，例如被卷起在所述臂的段中或所述探头中。6.根据权利要求1-4中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述图形显示单元包括位于所述可移动端处的投影设备，所述投影设备被构造为，用于提供所述人工视图作为到所述物体上和/或在所述物体附近、在叠加中的指示图形元素的光学投影。7.根据权利要求6所述的AACMM(I)，其特征在于， 根据所述AACMM(I)的实际姿势和关于所述物体的已知信息，所述显示单元的投影被采用为，使得所述指示图形元素被投影到到所述物体上在期望位置处，优选地，其中根据相对于投影目标平面的非直角的投影角度，所投影的指示图形元素的扭曲在所投影的人工视图中被数值地补偿。8.根据权利要求1-7中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述指示图形元素以这样的方式被提供，通过考虑所述AACMM(I)的实际姿势，特别地，根据由在所述臂的关节处的位置传感器所确定的、所述臂的所述可移动端的位置和取向信息，使所述指示图形元素大体上是竖直的，其中，该位置和取向信息也被用于AACMM测量。9.根据权利要求1-8中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述指示图形元素至少包括这样的图形元素，该图形元素用于指示如下各项: 所述物体上的几何特征，特别地点、线和/或区域； 用于移动所述探头的期望方向； 要使用所述探头接近的期望目标点或区域； 已经测量的点、线或区域； 至少一个已经测量的和/或要测量的点、线或区域的绝对和/或相对坐标值； 与至少一个已经测量的点、线或区域的期望值和/或其容错范围的偏差； 所述物体的几何特征的尺寸标注； 已经测量的几何特征的测量协议； 要测量的即将到来的期望几何特征，通过靠近所述物体的期望点或区域，所述期望几何特征将被测量；和/或 操作者能够与其互动以完成所述AACMM的期望功能的区域。10.根据权利要求1-9中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述AACMM(I)提供具有用于接收来自操作者的输入的设备的图形用户界面，用于至少部分地操作所述AACMM(I)，其中，提供有指示图形元素的区域中的至少一个被构造为用于接收所述输入，特别地，其中用于接收输入的所述设备是诸如触摸屏和/或键盘这样的触敏装置，优选地，其中所述图形用户界面向操作者提供交互式可视用户指导，包括所述物体上的所述期望点或区域的位置以及关于如何通过所述探头接近所述期望点或区域的图形指导，并且/或者提供与所述探头之前接近的、所述物体的点、区域或几何特征相关的可视信息。11.根据权利要求1-10中的任一项所述的AACMM(I)，其特征在于， 所述显示单元包括用于发送和接收数据的设备，特别地，其中所述显示单元包括用于收发数据的无线通信单元，该无线通信单元提供与计算设备的通信链接，所述计算设备存储要被所述AACMM测量的物体的几何结构和/或几何特征的信息。12.—种通过关节臂坐标测量机AACMM⑴来测量物体的几何特征的方法，所述AACMM(I)具有被人类操作者手动移动的、所述关节臂的可移动端，所述可移动端包括测量探头和附接在所述探头附近的显示单元， 所述方法包括如下步骤: 计算人工视图，所述人工视图图示地表示所述物体的至少一部分，特别地，其中对人工视图的计算通过如下方式完成:处理来自所述探头附近的相机的相机图片；和/或例如根据所述物体的CAD数据来渲染所述物体的数字模型； 取决于所述臂相对于所述物体的姿势来调整所述人工视图，特别地，其中根据所述臂的位置传感器，特别地针对来自于所述臂的所述可移动端或其附近的视点，来确定所述姿势，优选地，其中所述人工视图与所述物体的操作者自然视图类似； 将一个或多个指示图形元素叠加至所述人工视图，用于特别地在所述物体的所述人工视图上的、这些图形元素的相应位置处，图示地指示要测量的物体的至少一个期望点或区域； 通过所述显示单元在所述探头附近向操作者提供所述人工视图和所述指示图形元素，使得在测量期间所述人工视图对操作者可见。13.根据权利要求12中所述的方法，其特征在于， 所叠加的指示图形元素的指示向操作者提供用户指导，教导操作者定位所述物体上的所述期望点或区域并且利用所述探头接近所述期望点或区域，并且/或者提供与所述探头之前接近的所述物体的点、区域或几何特征有关的几何信息。14.根据前述的权利要求12或13中的任一项所述的方法，其特征在于， 由所述显示单元表示的所述人工视图的动态缩放，取决于从所述探头到所述物体的所述期望点或区域的距离，特别地，其中如果所述距离更远则所述人工视图具有缩小的比例，比较而言如果所述距离更近则所述人工视图具有增大的比例，特别地，其中基于由所述AACMM(I)确定的坐标数据来计算所述距离。15.—种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在机器可读介质上的程序代码，或者被实施为电磁波的计算机数据信号，用于生成要测量的物体的人工视图，并且通过在AACMM(I)的探头附近的显示单元来提供所述人工视图， 所述人工视图被调整为与操作者手动引导所述AACMM(I)的所述探头的物体视图类似，并且所述物体视图叠加有用于操作者的用户指导的指示图形元素， 特别地，其中，所述人工视图包括计算机渲染3D视图和/或由在所述探头附近的相机所拍摄的所述物体的图片，优选地，其中，特别地针对计算根据权利要求12-14中的任一项所述的、特别地在根据权利要求1-11中的任一项所述的关节臂坐标测量机的计算设备中执行的方法，所述人工视图在所述探头的移动时被实时更新。
【专利摘要】本发明涉及一种关节臂坐标测量机。该关节臂坐标测量机用于测量物体的几何特征，其包括：关节臂的固定端，该固定端与能够人类操作者手动移动的关节臂的可移动端相对。测量探头能够附接到可移动端。该关节臂坐标测量机还包括：图形显示单元，其位于关节臂的可移动端处，特别地位于探头附近，使得在测量期间由显示单元提供的信息对操作者可见。该显示单元被构造为用于提供人工视图，该人工视图图示地、特别地针对从臂的可移动端或其附近的视点来示出该物体的至少一部分，从而，该人工视图与该物体的操作者自然视图类似。通过叠加一个或多个指示图形元素，要测量的物体的至少一个期望点或区域被图示地标记在人工视图上。
【IPC分类】G01B21/00, G01B11/00
【公开号】CN104897091
【申请号】CN201510102393
【发明人】波·佩特尔松
【申请人】赫克斯冈技术中心
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月9日
【公告号】EP2916099A1, US20150253125
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